Brevet FR3001058A1 — publié le 20140718

- 1 - Bandgap commuté à faible courant de consommation DESCRIPTION DE L'INVENTION Ces circuits sont destinés à réaliser des références de tension de type bandgap (des références de tensions compensées en température, c'est-à-dire avec une faible variation en fonction de la température), qui ont une tension de sortie inférieure à 1.2V, avec un faible courant moyen de consommation, en utilisant des courants de polarisation importants qui sont commutés selon un signal digital à faible rapport cyclique. Ce type d'application est traditionnellement réalisé par des circuits de type bandgap qui ont des courants très faibles de polarisation de leurs transistors bipolaires et mosfets. Cette invention présente un circuit qui utilise une branche de sortie avec un courant de polarisation plus grand que ces circuits traditionnels, et qui commute cette branche de sortie selon un signal digital à faible rapport cyclique, dans le but d'avoir un courant de consommation moyen aussi faible que les circuits traditionnels. Ces nouveaux circuits présentés ici, permettent ainsi d'obtenir des courants de consommation moyens aussi faible que les circuits traditionnels, mais en utilisant un courant de polarisation plus grand (notamment pour les transistors bipolaires), ce qui améliore les performances du circuit de type bandgap. Ces nouveaux circuits ont aussi des tailles réduites comparativement aux circuits traditionnels. DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION Avec cette l'invention, les circuits présentés se rapportent généralement aux circuits implémentés sur une seule puce de circuits mixtes (digital et analogique), dans les nouvelles technologies (nano technologies) CMOS, et dans les technologies CMOS plus anciennes (et peu coûteuses). Plus spécifiquement mais non exclusivement, la révélation actuelle se rapporte aux circuits de gestion de la puissance sur une seule puce qui demandent des consommations de courants très faibles afm d'avoir une très grande autonomie de la batterie qui les alimente, et se rapporte plus particulièrement aux références de tension de type bandgap à très faible courant de consommation. La description qui suit fait référence à ces champs d'application pour des facilités d'illustration uniquement. Ces circuits sont destinés à réaliser des références de tension de type bandgap (des références de tensions compensés en température, avec une faible variation en fonction de la température), qui ont une tension de sortie inférieure à 1.2V, avec un très faible courant de consommation, en utilisant un courant de polarisation relativement élevé de leurs composants (comparativement aux circuits traditionnels). ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Un problème majeur rencontré en concevant de tels circuits concerne la dégradation des performances liée à des courants de polarisation très faible des transistors bipolaires et mosfets (variation en température, bruit intrinsèque des composants, réjection du bruit d'alimentation, temps de démarrage, etc.). Les nouveaux circuits présentés ici, permettent d'améliorer les performances de ces références de tension de type bandgap qui ont une tension de sortie inférieure à 1.2V et qui ont un très faible courant de consommation, en utilisant des courants de polarisation plus importants et en commutant ces courants de polarisation selon un signal digital à faible rapport cyclique. DESCRIPTION BREVE DE L'INVENTION Ces circuits sont destinés à réaliser des références de tension de type bandgap (des références de tensions compensés en température, avec une faible variation en fonction de la température), qui ont une tension de sortie inférieure à - 2 - 1.2V, avec un très faible courant de consommation, en utilisant un courant de polarisation relativement élevé (comparativement aux circuits traditionnels) et en commutant ces courants de polarisation selon un signal digital à faible rapport cyclique. Ces nouveaux circuits ont des performances meilleures que les circuits traditionnels, telles qu'une variation plus faible de la tension de sortie en température, un bruit intrinsèque des composants plus faible, une réjection du bruit d'alimentation meilleure, et un temps de démarrage plus court. Ces nouveaux circuits ont aussi des tailles réduites comparativement aux circuits traditionnels, étant donné qu'elle utilise des composants de taille réduite (notamment des résistances de valeur plus petites). BREVE PRESENTATION DES FIGURES Les figures d'accompagnement, qui sont incorporées dans ce brevet, illustrent une ou plusieurs implémentations de la présente invention et, associées avec la description détaillée, servent à expliquer les principes et les réalisations de l'invention. Dans les figures attachées: La figure 1 (FIG. 1) est un schéma électrique du nouveau circuit de référence de tension de type bandgap avec une tension de sortie inférieure à 1.2V, avec un très faible courant moyen de consommation, en utilisant des courants de polarisation importants commutés selon un signal digital à faible rapport cyclique. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Ces circuits sont destinés à réaliser des références de tension de type bandgap (des références de tensions compensés en température, avec une faible variation en fonction de la température), qui ont une tension de sortie inférieure à 1.2V, avec un très faible courant de consommation, en utilisant un courant de polarisation relativement élevé (comparativement aux circuits traditionnels) et en commutant ces courants de polarisation selon un signal digital à faible rapport cyclique. Ceux qui ont de la compétence dans ce domaine à l'état de l'art se rendront compte que la description détaillée qui suit de la présente invention est d'illustration seulement et n'est pas limitative de quelque façon. D'autres modes de réalisation de la présente invention se suggéreront aisément à de telles personnes bénéficiant des avantages de cette invention. Les références détaillent des réalisations de la présente invention, comme illustré dans les schémas joints. Le cas échéant, les mêmes indicateurs de référence seront employés dans tous les schémas et dans la description détaillée qui suit, pour se rapporter à la même chose ou aux pièces semblables. Dans un intérêt de clarté, tous les dispositifs courants des réalisations décrites ci-dessus ne sont pas montrés et décrits. Bien entendu, dans le développement de telles implémentations, de nombreuses décisions spécifiques devront être prise selon l'application et les contraintes liées au marché, étant donné que ces buts spécifiques varieront d'une exécution à l'autre et d'un réalisateur à l'autre. D'ailleurs, un tel effort de développement pourrait être complexe et long, mais néanmoins serait une entreprise courante de ceux qui ont de la compétence dans ce domaine à l'état de l'art. En se tournant maintenant vers les figures : - La figure 1 (FIG. 1) est un schéma électrique du nouveau circuit de référence de tension de type bandgap avec une tension de sortie inférieure à 1.2V, avec un très faible courant moyen de consommation, en utilisant des courants de polarisation importants commutés selon un signal digital à faible rapport cyclique. - 3 - Le circuit est constitué d'un générateur de courant de type PTAT (signifiant Proportionnel à la Température Absolue) (1) qui délivre un courant (IPT), et qui a un faible courant de consommation. Le courant IPT est grand, relativement aux courants de polarisation des circuits bandgap traditionnels. Ainsi, les valeurs des composants de notre nouveau circuit (notamment les résistances) seront de taille réduite, ce qui diminue la taille du circuit comparativement aux circuits bandgap traditionnels. Ce courant IPT traverse l'interrupteur SW1 (5) lorsqu'un signal digital (CLK) est à un état haut. Ce signal digital CLK est un signal de type horloge qui est à l'état haut selon un petit rapport cyclique (D). Ainsi la valeur moyenne du courant IPT est très petite, ce qui diminue énormément le courant de consommation moyen du circuit (IPT/D). Lorsque l'interrupteur SW1 (5) est fermé, le courant IPT se répartie entre deux branches connectées en parallèle : une branche est formée d'un transistor bipolaire pnp Q1 (3) dont la base et le collecteur sont connectés à la masse et dont l'émetteur est connecté à une résistance RI (2), et l'autre branche est formée d'une résistance R2 (4). Un interrupteur SW2 (6) est fermé lorsque l'interrupteur SW1 (5) est fermé, et connecte la sortie du circuit bandgap à la capacité C 1 (7). Cette capacité C 1 (7) permet de maintenir la tension de sortie du bandgap (VBG) lorsque l'interrupteur SW2 (6) est ouvert. Les équations suivantes peuvent être écrites : En dénommant VBE1 la tension différentielle entre l'émetteur et la base du transistor pnp Q1 (3), Il le courant de la résistance R1 (2) et 12 le courant de la résistance R2 (4), T la température absolue et K le gain du générateur de courant PTAT (signifiant Proportionnel à la Température Absolue) (1), nous pouvons écrire les équations suivantes dans l'état statique du circuit, lorsque les interrupteurs SW1 (5) et SW2 (6) sont fermés: IPT = K*T = 11+12 VBG=VBE1+(R 1 *I1)=R2*I2 En combinant ces équations, nous obtenons: (VBG-VBE1)/R1=I1=IPT-I2=(K*T)-(VBG/R2) En posant: VBGO=VBE1+(K*R1*T) Nous obtenons : VBG=VBG0/(1+(R1/R2)) REVENDICATIONS1. Bandgap commuté à faible courant de consommation, caractérisé en ce que ce circuit utilise un courant de polarisation relativement élevé comparativement aux circuits traditionnels, caractérisé en qu'il commute ledit courant de polarisation selon un signal digital de faible rapport cyclique, et en ce qu'il comporte : - Un générateur de courant de type PTAT (signifiant Proportionnel à la Température Absolue) (1) dont le courant de sortie est proportionnel à la température absolue du circuit - D'un interrupteur (5) dont l'entrée est connecté à la sortie du générateur de courant de type PTAT (signifiant Proportionnel à la Température Absolue) (1) - D'une résistance (2) dont une borne est connecté à la sortie de l'interrupteur (5), et dont l'autre borne est connectée à l'émetteur d'un transistor bipolaire de type pnp (3), ledit transistor bipolaire de type pnp (3) a sa base et son collecteur connectés à la masse - D'une résistance (4) dont une borne est connecté à la sortie de l'interrupteur (5), et dont l'autre borne est connectée à la masse - D'un interrupteur (6) dont l'entrée est connecté à la sortie de l'interrupteur (5) - D'une capacité (7) dont une borne est connectée à la sortie de l'interrupteur (6) et dont l'autre borne est connectée à la masse, ladite capacité (7) stocke la tension de sortie du circuit