Brevet FR2937210A1 — publié le 20100416

DISPOSITIF POUR LA LECTURE DE CHARGES ELECTRIQUES NOTAMMENT CREEES PAR UN PHOTODETECTEUR ET PHOTODETECTEUR COMPRENANT DE TELS DISPOSITIFS DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine de la lecture par un circuit électronique intégré de courants issus de détecteurs élémentaires tels que des photodétecteurs, notamment des photodiodes, disposés sous forme de matrice à pas réduit. 10 ETAT DE LA TECHNIQUE Il est connu d'utiliser des détecteurs élémentaires, notamment des photodiodes, pour détecter un rayonnement électromagnétique. Le rayonnement électromagnétique incident sur une photodiode crée en effet des charges électriques dans celle-ci. Ces charges sont 15 usuellement collectées et accumulées dans une capacité de stockage pour pouvoir être lues par la suite. La figure 1 illustre un circuit classique de stockage 10 des charges créées dans une photodiode 12 par un rayonnement électromagnétique � RE � incident sur celle-ci. Le 20 circuit de stockage 10 comporte un transistor MOS à canal n d'injection 14, dont la source est connectée à une borne 16 de la photodiode 12, la seconde borne 18 de la photodiode 12 étant par ailleurs connectée à un potentiel constant � V- �. Le transistor d'injection 14 a pour fonction de polariser la photodiode 12 et de transférer les charges créées dans celle-ci dans un condensateur de stockage 20 connecté entre le drain du 25 transistor 14 et le potentiel constant � V- �. La tension aux bornes du condensateur 20 est alors lue au moyen d'un dispositif approprié (non représenté) et la charge stockée est déduite de cette lecture en connaissant la valeur de la capacité du condensateur 20. Or, lorsque les charges électriques sont produites en excès dans la photodiode 12, par exemple à la suite d'un rayonnement incident intense, telle qu'une illumination directe par le soleil, un courant important peut traverser la photodiode 12. 35 De plus, comme cela est connu en soi, un détecteur matriciel comporte une pluralité de photodiodes connectées au même potentiel � V- �, par exemple au moyen d'une électrode commune à l'ensemble de celles-ci. Lorsque plusieurs photodiodes sont soumises à une illumination intense, la somme de leurs courants s'écoule alors par le potentiel commun 30 � V- �, ce qui peut dégrader les conditions de polarisation des photodiodes voisines, voire de l'ensemble des photodiodes du détecteur. Il arrive ainsi qu'un certain nombre de photodiodes fortement illuminées entraînent la dépolarisation d'un nombre significatif de photodiodes du détecteur. Ce dernier est alors inutilisable. De même, la somme des courants issus de l'illumination de plusieurs photodiodes s'écoule à travers le dispositif de lecture, pouvant ainsi entraîner une surconsommation, un suréchauffement ou une dégradation des caractéristiques de lectures des autres photodiodes. EXPOSE DE L'INVENTION Le but de la présente invention est de proposer un circuit de lecture qui limite le courant maximum parcourant chaque détecteur élémentaire d'une matrice de détecteur en cas 15 d'éblouissement. Ainsi, le fonctionnement global du circuit de lecture n'est sensiblement pas affecté par un éblouissement trop intense d'une partie des détecteurs. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif pour la lecture d'un courant électrique, comprenant une borne d'entrée pour la réception du courant électrique, un condensateur 20 pour le stockage des charges correspondant audit courant et un transistor MOS d'injection, agencé entre la borne d'entrée et une première borne du condensateur. Selon l'invention, le dispositif comporte un circuit de limitation de courant, agencé entre la seconde borne du condensateur et un premier potentiel sensiblement constant, ledit 25 circuit étant apte à limiter le courant le traversant à une valeur prédéterminée de courant limite de sorte que le courant électrique reçu sur la borne d'entrée est limitée à la valeur de courant limite. En d'autres termes, tant que le courant sur la borne d'entrée du dispositif n'excède pas la 30 valeur du courant limite, le dispositif de lecture fonctionne de manière analogue à celui de l'état de la technique décrit en relation avec la figure 1. Le transistor d'injection polarise fixe la polarisation de la borne d'entrée et permet le transfert des charges électriques dans le condensateur de stockage. 35 Au contraire, lorsque le courant débité par le détecteur élémentaire atteint la valeur limite, ce courant est alors limité par le circuit de limitation. On observe en conséquence une chute de tension des bornes du condensateur de stockage, cette chute de tension se traduisant par une chute de tension entre la source et le drain du transistor d'injection. La 10 tension entre la source et le drain de ce transistor d'injection diminuant, celui-ci ne peut plus assurer le maintien de la polarisation de la borne d'entrée, et ainsi limite le courant qui la traverse à la valeur de courant prédéterminée. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le circuit de limitation comporte un transistor MOS de limitation, agencé entre la seconde borne du condensateur et le premier potentiel, la valeur du courant limite étant apte à être réglée par la tension imposée sur la grille du transistor de limitation. En d'autres termes, le circuit de limitation comporte un transistor monté en source de courant. La fonction de limitation est ainsi assurée au moyen d'un seul élément. L'encombrement du dispositif de lecture est ainsi limité et compatible avec les détecteurs de faible surface. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le dispositif comprend en outre un circuit de coupure d'injection apte à commander la grille du transistor d'injection pour couper celui-ci lorsque le courant traversant le circuit de limitation est limité à la valeur du courant limite. En d'autres termes, selon le mode de réalisation principal, la limitation de courant par la borne d'entrée est réalisée par annulation de la tension entre la source et le drain du transistor d'injection. Il faut pour cela qu'il y ait d'abord une chute de tension des bornes du condensateur entraînant une chute de tension aux bornes du transistor pour que la limitation du courant soit effective sur la borne d'entrée. Dans certains cas critiques le temps de réaction peut s'avérer trop long. Par exemple, une perturbation du fonctionnement du détecteur associé au circuit de lecture peut ainsi survenir. Selon le mode de réalisation particulier, le blocage du transistor d'injection se fait dès que le courant atteint la valeur de courant de limitation. On accélère ainsi la limitation effective du courant sur la borne d'entrée. Plus particulièrement, le circuit de coupure comporte un transistor de coupure connecté entre la grille du transistor d'injection et une tension sensiblement constante, dont la grille est connectée à la seconde borne du condensateur de stockage au travers d'un premier condensateur de couplage, la grille du transistor d'injection étant par ailleurs connectée à la seconde borne du condensateur de stockage au travers d'un second condensateur de couplage. En d'autres termes, la chute de tension à la seconde borne du condensateur de stockage signifie que le la valeur du courant limite a été atteinte. Dès le début de cette chute, la tension à la grille du transistor de coupure chute également. Le transistor de coupure se bloque alors, la grille du transistor d'injection devenant de ce fait flottante. La tension de la grille du transistor d'injection suit alors la tension de la seconde borne du condensateur. Comme celle-ci chute, le transistor d'injection se bloque, empêchant le passage du courant par la borne d'entrée. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le dispositif comporte un circuit commandé de transfert de charges apte à transférer les charges stockées dans le condensateur de stockage vers une borne de sortie. Plus particulièrement, le circuit de transfert de charges comporte une source de courant, connectée entre la seconde borne du condensateur de stockage et un second potentiel sensiblement constant, et un transistor MOS de transfert, connecté entre la première borne du condensateur de stockage et la borne de sortie, ladite source de courant et ledit transistor MOS de transfert étant pilotés simultanément. De préférence, la source de courant commandée et le transistor MOS de transfert sont pilotés par le même signal. En d'autres termes, les charges stockées dans le condensateur de stockage sont transférées, par exemple sur un bus de lecture, pour une utilisation ultérieure par un circuit approprié. Aucune tension n'est donc lue. Le condensateur est en outre vidé avant une accumulation ultérieure de charges électriques. Le transfert de charges réalise ainsi une fonction de remise à zéro de celui-ci et le condensateur est utilisé au maximum de sa dynamique sans limitation par sa non linéarité. Selon un mode de réalisation particulier, le condensateur de stockage est un condensateur MOS qui a la particularité de présenter une capacité plus faible lorsqu'il est dépolarisé, réduisant ainsi le bruit de remise à zéro du condensateur. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif est conçu selon une technologie de semi-conducteur à grille isolée. L'isolement de la grille permet ainsi un fonctionnement en basse fréquence du dispositif. L'invention a également pour objet un détecteur comportant une pluralité de détecteurs élémentaires aptes à créer des charges électriques sous l'effet d'un rayonnement incident, le détecteur comportant, associé à chacun des détecteurs élémentaires, un dispositif du type susmentionné pour la lecture du courant issu du détecteur élémentaire. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en relation avec les dessins annexés, dans lesquels des références identiques désignent des éléments analogues ou identiques, et dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un circuit de lecture de l'état de l'état de la technique associé à une photodiode, et déjà discuté dans le préambule ; - la figure 2 est une vue schématique d'un dispositif de lecture selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue schématique d'un dispositif de lecture selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 4 est une vue plus en détail du mode de réalisation de la figure 3. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Sur la figure 2, un premier mode de réalisation d'un circuit de lecture du courant issu d'un détecteur élémentaire est représenté schématiquement sous la référence générale 30. Le détecteur élémentaire est par exemple une photodiode de détection faisant partie d'une matrice de photodiodes. Le circuit de lecture 30 comporte : ^ un transistor MOS à canal n d'injection 32, connecté par sa source � S � à une borne d'entrée 34 à laquelle est connectée une photodiode 36, l'autre borne 38 de la photodiode étant par ailleurs connectée à un premier potentiel constant � V- � ; ^ un condensateur MOS de stockage 40, connecté par une borne 42 au drain du transistor d'injection 32 ; ^ une première source de courant 44, connectée entre l'autre borne 46 du condensateur de stockage 38 et un second potentiel constant � V+ � supérieur au premier potentiel constant � V- �, la source de courant 44 limitant le courant la traversant à une valeur de courant prédéterminée � I_limit � réglée au moyen d'un signal � IREF �; ^ une deuxième source de courant 48, connectée entre la borne 46 du condensateur de stockage 40 et le premier potentiel � V- �, la deuxième source de courant 48 limitant le courant la traversant à la somme des courants � I_limit � et � I_lecture � au moyen d'un signal � SEL �, où � I_lecture � est un courant positif injecté dans le condensateur de stockage 40 lors de la lecture des charges stockées dans celui-ci ; et 5 ^ un transistor MOS à canal n de transfert 50, dont la source est connectée à la borne 42 du condensateur de stockage 40 et dont le drain est connecté à une borne de sortie 52 de la matrice. En fonctionnement, des charges électriques sont créées dans la photodiode 36 sous l'effet d'un rayonnement électromagnétique incident sur celle-ci. Le transistor d'injection 32, qui est polarisé pour fonctionner dans sa zone de saturation, polarise la photodiode 36. Le transistor de transfert 50 est par ailleurs polarisé pour être bloqué et la source de 10 courant 48 ne débite aucun courant. Les charges de la photodiode 36 s'écoulent alors au travers du transistor d'injection 32 et sont stockés dans le condensateur de stockage 40. Lorsque le courant � i � résultant des charges s'écoulant depuis la photodiode 36 est inférieur à la valeur du courant � I_limit �, la source de courant 44 se comporte 15 sensiblement comme un court-circuit, le potentiel de la borne 46 du condensateur de stockage 40 étant ainsi sensiblement au second potentiel constant � V +�. Lorsque le courant � i � atteint la valeur du courant limite � I_limit �, par exemple à la suite d'une forte illumination, la source de courant 44 limite le courant � i � à cette 20 valeur. Le potentiel de la borne 46 du condensateur de stockage 40 chute alors. Par effet de continuité, le potentiel de la borne 42 du condensateur 40 diminuent également jusqu' à rejoindre le potentiel de la borne 34 de la photodiode 36. La différence entre les potentiels du drain et de la source du transistor d'injection 32 s'annulant, celui-ci fonctionne alors comme un court-circuit. Le courant traversant la photodiode 36 est alors 25 limité à la valeur � I_limit �. Les charges excédentaires font alors baisser le potentiel de la borne 34 jusqu'à la recombinaison de celles-ci dans la photodiode 36. Les charges excédentaires créées dans la photodiode 36 restent ainsi piégées dans celle-ci et se recombinent naturellement avec des charges opposées présentes dans la photodiode 30 36. Lorsqu'une lecture des charges stockées dans le condensateur de stockage 40 est souhaitée, la source de courant 48 est activée et le transistor de transfert 50 est polarisé pour être passant. Le courant débité par la source de courant 48 impose alors un courant 35 � I_lecture � à travers le condensateur de stockage 40. Les charges stockées dans celui-ci s'écoulent alors au travers du transistor de transfert 50 vers la borne 52, la borne 52 étant par exemple connectée à un bus de lecture du détecteur. Le condensateur de stockage 40 est donc vidé lors de sa lecture, assurant ainsi sa remise à zéro avant une nouvelle accumulation de charges créées par la photodiode 36. Comme on peut le noter, il existe un délai entre le début de la limitation du courant et l'annulation de la différence de potentiels entre le drain et la source du transistor d'injection 32, ce délai correspondant sensiblement à la décharge de capacités parasites usuellement présentes sur les bornes 42, 46 du condensateur de stockage 40. Il faut en effet que le potentiel de la borne 42 du condensateur de stockage 40 chute préalablement jusqu'au potentiel de la borne 34 de la photodiode 34, ce qui peut s'avérer trop long dans certains cas critiques. La figure 3 illustre schématiquement un circuit de lecture 60 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention palliant cet inconvénient. Le circuit de lecture 60 selon le deuxième mode de réalisation diffère du circuit de lecture selon le premier mode de réalisation décrit en relation avec la figure 2 en ce qu'il comporte en outre un circuit de coupure 62. Le circuit de coupure 62 est connecté à la borne 46 du condensateur de stockage 40 dont il surveille le potentiel et à la grille du transistor d'injection 32 pour la commande de celle-ci. Dès que le potentiel à la borne 46 commence à chuter, signifiant qu'une limitation de courant est effectivement mise en oeuvre par la source de courant 44, le circuit de coupure 62 commande la grille du transistor d'injection 32 pour bloquer celui-ci. Ainsi, dès qu'une chute de potentiel est observée à la borne 46 du condensateur, le transistor d'injection 32 est bloqué sans qu'il soit besoin d'attendre la chute complète du potentiel de la borne 42 du condensateur de stockage. Le temps de réponse de la limitation de courant dans le détecteur est ainsi réduit. La figure 4 illustre plus en détail le deuxième mode de réalisation de la figure 3. 30 Comme cela est visible sur la figure 4, la source de courant 44 est avantageusement mise en oeuvre sous la forme d'un transistor MOS à canal p 70 monté en source de courant. La source du transistor 70 est portée au potentiel � V +� et son drain est connecté à la borne 46 du condensateur de stockage 40. La valeur du courant � I_limit � est alors réglée par la 35 tension imposée sur la grille du transistor 70. La source de courant 48 est quant à elle avantageusement mise en oeuvre sous la forme d'un transistor MOS à canal n 72 dont la source est reliée au potentiel � V -� et dont le drain est connecté à la borne 46 du condensateur de stockage. La valeur du courant � I_limit + I_lecture � est alors réglée par la tension de l'état haut du signal de commande � SEL �. La grille du transistor MOS 72 formant la source de courant 48 et la grille du transistor MOS de transfert 50 sont avantageusement connectées au même signal de commande, permettant ainsi un pilotage simplifié du transfert des charges stockées dans le condensateur de stockage 40. Le circuit de coupure 62 comporte quant à lui un transistor MOS à canal n 74 de coupure dont la source est connectée à la grille du transistor d'injection 32, dont le drain est connecté à un potentiel de polarisation � GPOL �, et dont la grille est connectée à la borne 46 du condensateur de stockage 40 au travers d'un premier condensateur de couplage 76. La grille du transistor d'injection 32 est par ailleurs connectée à la borne 46 du condensateur de stockage 40 au travers d'un second condensateur de couplage 78. Le circuit de coupure 62 comporte également un transistor MOS à canal n de remise à zéro 80, dont le drain est porté à un potentiel constant � VLC � et dont la source est connectée à la grille du transistor de coupure 74. La grille du transistor de remise à zéro 80 est piloté à l'aide d'un signal � reset �. Le fonctionnement du circuit de coupure de la figure 4 est à présent décrit. Dans un premier temps, un signal de remise à zéro est envoyé à la borne � reset �. La mise en conduction du transistor de remise à zéro 80 initialise la tension aux bornes du condensateur de couplage 76, met en conduction le transistor de coupure 74, et par conséquent, initialise la tension aux bornes du condensateur de couplage 78. Dans cette phase, et lorsque le courant injecté à travers le transistor d'injection 32 ne dépasse pas la consigne de limitation de courant fixée par la source 44, le potentiel � GPOL � est appliqué sur la grille du transistor d'injection 32 qui polarise la photodiode 36 normalement et le potentiel de la borne 46 du condensateur de stockage 40 reste sensiblement au potentiel � V+ �. Au travers du premier condensateur de couplage 76, ce potentiel maintient la polarisation du transistor de coupure 74 qui est dans un état passant. De part sa connexion au potentiel � GPOL �, le transistor de coupure 74 polarise donc le transistor d'injection 32 pour que celui-ci soit dans un état passant. Lorsque le potentiel à la borne 46 du condensateur de stockage 40 chute en réponse à la limitation de courant mise en oeuvre par la source de courant 44, le potentiel à la grille du transistor de coupure 74 chute également. Ce dernier bascule alors dans un état bloqué. Le transistor de coupure 74 étant bloqué, le potentiel à la grille du transistor d'injection 32 est alors libre de suivre, au travers du condensateur de couplage 78, le potentiel de la borne 46 du condensateur de stockage 40. Du fait de la chute de ce potentiel, le transistor d'injection 32 se bloque également. De manière avantageuse, le condensateur de stockage 40 est un condensateur MOS qui a la particularité de présenter une capacité plus faible lorsqu'il est dépolarisé, réduisant ainsi le bruit de remise à zéro du condensateur. Bien qu'il ait été décrit un circuit de lecture comportant des transistors MOS d'un certains types, on comprendra que d'autres types de polarités peuvent être utilisées. Le circuit de lecture selon l'invention est conçu selon une technologie de semiconducteur à grille isolée. De cette façon, le fonctionnement dynamique des condensateurs de couplage est valide dans les basses fréquences. De même, il a été décrit un circuit de lecture des charges créées dans une photodiode. Bien entendu, la présente invention s'applique également à d'autres types de détecteurs élémentaires générant un courant, comme par exemple des détecteurs élémentaires par variation de résistance tels que les microbolomètres.20 REVENDICATIONS1. Dispositif pour la lecture d'un courant électrique, comprenant une borne d'entrée (34) pour la réception du courant électrique, un condensateur (40) pour le stockage des charges correspondant audit courant et un transistor MOS d'injection (32), agencé entre la borne d'entrée et une première borne (42) du condensateur, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit (44) de limitation de courant, agencé entre la seconde borne (46) du condensateur (40) et un premier potentiel sensiblement constant (V+), ledit circuit (44) de limitation étant apte à limiter le courant le traversant à une valeur prédéterminée de courant limite de sorte que le courant électrique reçu sur la borne d'entrée est limitée à la valeur de courant limite. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de limitation (44) comporte un transistor MOS de limitation (70), agencé entre la seconde borne (46) du condensateur (40) et le premier potentiel (V+), la valeur du courant limite étant apte à être réglée par la tension imposée sur la grille du transistor de limitation. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit (62) de coupure d'injection apte à commander la grille du transistor d'injection (32) pour couper celui-ci lorsque le courant traversant le circuit de limitation est limité à la valeur du courant limite. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit de coupure (62) comporte un transistor MOS de coupure (74) connecté entre la grille du transistor d'injection (32) et une tension sensiblement constante (GPOL), dont la grille est connectée à la seconde borne (46) du condensateur de stockage (40) au travers d'un premier condensateur de couplage (76), la grille du transistor d'injection (32) étant par ailleurs connectée à la seconde borne (46) du condensateur de stockage (40) au travers d'un second condensateur de couplage (78). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit commandé (48, 50) de transfert de charges apte à transférer les charges stockées dans le condensateur de stockage (40) sur une borne de sortie (52).35 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit de transfert (48, 50) de charges comporte une source de courant commandée (48), connectée entre la seconde borne (46) du condensateur de stockage (40) et un second potentiel sensiblement constant (V-), et un transistor MOS de transfert (50), connecté entre la première borne (42) du condensateur de stockage (40) et la borne de sortie (52), ladite source de courant (48) et ledit transistor MOS de transfert (50) étant pilotés simultanément. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la source de courant commandée (48) et le transistor MOS de transfert (50) sont pilotés par le même signal. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le condensateur de stockage (40) est un condensateur MOS. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est conçu selon une technologie de semi-conducteur à grille isolée. 10. Détecteur matriciel comportant une pluralité de détecteurs élémentaires aptes à créer 20 des charges électriques sous l'effet d'un rayonnement incident, le détecteur matriciel comportant, associé à chacun des détecteurs élémentaires, un dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes pour la lecture du courant issu du détecteur élémentaire.15