Brevet FR3024305A1 — publié le 20160129

Etage d'entrée d'un amplificateur et amplificateur correspondant La présente invention concerne un étage d'entrée d'un amplificateur haute fidélité à haute linéarité et faible taux de distorsion comprenant : - une entrée pour le signal numérique à convertir ; - une sortie en tension pour la tension convertie ; - un convertisseur numérique-analogique dont l'entrée forme l'entrée pour le signal numérique à convertir, le convertisseur numérique-analogique disposant d'une borne de signal ; - une résistance de conversion du courant en tension agencée entre la sortie en tension et un potentiel de référence ; et - un convertisseur courant-tension à sortie en tension, agencé entre la borne de signal et la sortie en tension, le convertisseur courant-tension comportant un transistor tel que la grille du transistor est reliée à une source de tension, le drain du transistor est relié à une source de courant et la source du transistor est reliée au convertisseur numérique- analogique, la source de courant générant un courant continu. Un tel étage d'entrée trouve son application en particulier dans un amplificateur haute fidélité à haute linéarité. Il est courant, dans un tel amplificateur, d'utiliser en entrée, un convertisseur numérique-analogique tel que le composant PCM 1792 de la société Texas Instruments. Ce convertisseur numérique-analogique possède une sortie en courant, de sorte que le signal analogique est modulé en intensité. Dans la mesure où l'étage d'amplification placé en aval utilise en entrée une tension modulée, il convient de disposer un convertisseur courant-tension entre le convertisseur numérique-analogique et l'étage d'amplification proprement dit. Les convertisseurs numérique-analogique à sortie en courant sont particulièrement appréciés pour le très faible niveau de distorsion harmonique qu'ils peuvent atteindre. La difficulté consiste à exploiter les qualités de tels convertisseurs numérique-analogique via un étage de conversion courant-tension qui n'impacte pas lui-même les performances du convertisseur numérique-analogique. Les sources de courant contenues dans un tel convertisseur numérique- analogique sont connectées à une ou plusieurs sorties reliées à une masse virtuelle ou encore connectées entre une masse et une ou plusieurs sorties reliées à une masse virtuelle. De telles connexions sont traditionnellement réalisées au moyen d'un montage à amplificateur opérationnel. Une masse virtuelle est un potentiel fixe. 3024305 2 De cette manière, tous les transistors du convertisseur numérique-analogique fonctionnent à courant et tension constants, donc de façon optimale, quelque soit la modulation du signal de sortie. Afin de préserver cette absence de distorsion, les convertisseurs courant-tension 5 placés en aval peuvent également, dans une implémentation différente de celle du montage à amplificateur opérationnel, comporter des étages spécifiques, dits « à grille commune » à base de transistors MOSFET (de l'anglais Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) ou dits « à base commune » à base de transistors bipolaires. De tels étages à grille ou base commune fonctionnent en boucle ouverte. 10 Ce type de montage comprenant des transistors à base ou grille commune, plus communément appelé « cascode », est décrit dans le document WO 2011/107671. Dans ce document, les transistors des étages à base ou grille commune sont reliés au niveau de leur source à des sources de courant. Au moins l'une de ces sources de courant est propre à imposer un courant de 15 polarisation. Les autres sources de courant sont notamment propres à annuler la composante continue provenant du convertisseur numérique-analogique de sorte que seule la composante variable provenant du convertisseur numérique-analogique soit convertie en tension par le convertisseur courant-tension. L'étage cascode permet de garantir que les sources de courant ne présentent pas 20 de variations de tension à leurs bornes lorsque la tension au niveau de la sortie en tension du convertisseur courant-tension varie, et ce même lorsque cette tension varie de plusieurs dizaines de Volt. De plus, un tel étage cascode impose un potentiel constant à la sortie en courant du convertisseur numérique-analogique, quelle que soit la tension au niveau de la sortie 25 en tension du convertisseur courant-tension. Par conséquent, la qualité de l'information contenue dans le courant issu du convertisseur numérique-analogique est conservée lorsque ce courant est converti en tension par la résistance. Cependant, ces sources de courant sont, notamment, à l'origine d'une 30 consommation de courant importante et à l'origine d'un échauffement de l'étage d'entrée. Un but de l'invention est donc de proposer une solution pour minimiser l'échauffement de l'étage d'entrée. . A cet effet, l'invention a pour objet un étage d'entrée d'un amplificateur haute fidélité à haute linéarité et faible taux de distorsion du type précité, dans lequel la source 35 du transistor est reliée uniquement à la borne de signal du convertisseur numérique- analogique. 3024305 3 Suivant des modes particuliers de réalisation, le convertisseur comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : le convertisseur numérique-analogique est propre à générer un courant 5 comprenant une composante continue et une composante fixe, et la source de courant est propre à fournir un courant égal à la composante continue du courant généré par le convertisseur numérique-analogique ; le convertisseur numérique-analogique est à absorption de courant ; l'étage d'entrée est réalisé sur un circuit intégré. 10 L'invention a également pour objet un amplificateur haute fidélité à haute linéarité et faible taux de distorsion, comportant un étage d'entrée du type précité, et un étage d'amplification, connecté en série à l'étage d'entrée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels : 15 - la figure 1 est une vue schématique d'un amplificateur haute fidélité comprenant un étage d'entrée selon l'invention ; - la figure 2 est un schéma électrique d'un étage d'entrée de l'amplificateur de la figure 1 selon l'invention. L'amplificateur 10, représenté schématiquement sur la figure 1, est un 20 amplificateur haute fidélité propre à recevoir sur une entrée 12 un signal numérique et à produire sur une sortie 14 un signal analogique amplifié. Comme connu en soi, l'amplificateur 10 comporte un étage d'entrée 16 assurant la conversion du signal numérique d'entrée en un signal analogique de sortie modulé en tension, ainsi qu'un étage d'amplification 18, assurant la fourniture d'une puissance 25 suffisante pour la charge placée en aval, à savoir un ou plusieurs hauts parleurs. Il s'agit de préférence d'un étage d'amplification de classe A. L'étage d'entrée 16 comporte un convertisseur numérique-analogique 20 dont l'entrée est reliée à l'entrée 12 de l'amplificateur pour recevoir un signal numérique 'numérique. Ce convertisseur numérique-analogique est propre à fournir un signal analogique 30 modulé en courant 'modulé- Le convertisseur numérique-analogique est, par exemple, un PCM 1792 de la société Texas Instruments. Le courant 'modulé comporte une composante variable et une composante fixe. La sortie du convertisseur numérique-analogique 20 est reliée à un convertisseur courant-tension 22 selon l'invention. 3024305 4 Ce convertisseur courant-tension 22 est propre à fournir une tension modulée Vmodulé avec un gain en tension, à partir du courant modulé 'modulé produit par le convertisseur numérique-analogique 20. La sortie du convertisseur courant-tension 22 est reliée à l'entrée de l'étage 5 d'amplification 18, comme connu en soi. La figure 2 illustre l'étage d'entrée 16 de l'amplificateur de la figure 1. Sur cette figure 2, le convertisseur numérique-analogique 20 est relié en entrée à l'entrée 12 de l'amplificateur 10 et présente une borne de signal 24 pour générer un courant 'modulé comportant une composante continue et une composante fixe. Le 10 convertisseur numérique-analogique 20 est également relié à une masse. Le convertisseur courant-tension 22 est relié à la borne de signal 24 du convertisseur numérique-analogique 20 et présente une sortie en tension 26 propre à être reliée directement à l'étage d'amplification 18. Le convertisseur numérique-analogique 20 est schématisé sur la figure 2 par deux 15 sources de courant 28 et 30. Plus précisément, la première source de courant 28 est propre à générer la composante continue du courant 'modulé en sortie du convertisseur numérique-analogique 20. La deuxième source de courant 30 est, quant à elle, propre à générer la composante variable du courant 'modulé en sortie du convertisseur numérique-analogique 20. 20 Sur la figure 2, le convertisseur numérique-analogique 20 est à absorption de courant et forme un puits de courant, couramment désigné par « sink » en anglais. L'expression « à absorption de courant » signifie que le courant 'modulé au niveau de la borne de signal 24 du convertisseur numérique-analogique 20 est absorbé, c'est-à-dire que si le sens conventionnel du courant illustré par la flèche représentant le courant 'modulé 25 sur la figure 2 est dirigé vers le transistor 46 et non vers le convertisseur numérique- analogique 20, le courant 'modulé est toujours négatif. Le convertisseur numérique-analogique 20 est, par exemple, un convertisseur AD 1955 de la société Analog Devices. Le convertisseur courant-tension 22 comporte une résistance de conversion 36 30 dont une borne est reliée à la sortie en tension 26, et dont l'autre borne est reliée à un potentiel de référence. La résistance 36 est propre à convertir le courant 'modulé en sortie du convertisseur numérique-analogique 20 en une tension Vmodulée- Le convertisseur courant-tension 22 comporte, en outre, au moins un transistor 46 35 relié au niveau de sa source au convertisseur numérique-analogique 22. Sur la figure 2, 3024305 5 seul un transistor 46 est représenté, toutefois le convertisseur courant-tension 22 peut comporter plusieurs transistors 46. Le transistor 46 forme un étage cascode ou à grille ou base commune de l'étage d'entrée 16. 5 Le transistor 46 est, par exemple, un transistor MOSFET. Le convertisseur courant-tension 22 comporte, également, une source de tension 42 reliée à la grille du transistor 46 de la figure 2. Le convertisseur courant-tension 22 comporte, en outre, une troisième source de courant 50 reliée au drain du transistor 46. 10 La troisième source de courant 50 est propre à générer un courant continu de polarisation dans le circuit électrique de l'étage d'entrée 16. Comme visible sur la figure 2, le convertisseur courant-tension 22 comporte une seule source de courant 50 et la source du transistor 46 est reliée directement et uniquement à la sortie en courant du convertisseur numérique-analogique 20. En 15 particulier, aucune source de courant n'est connectée entre le transistor 46 et le convertisseur numérique-analogique 20. . La source de courant 50 est telle que le courant généré par la source de courant 50 est égal au courant généré par la source de courant 28 du convertisseur numérique-analogique 20, donc égal à la composante continue du courant 'modulé, ceci afin d'avoir 20 dans le transistor 46 un courant non nul quel que soit la valeur du signal d'entrée numérique. En effet, la composante variable du courant 'modulé est toujours inférieure en valeur absolue à la composante constante du courant 'modulé, de sorte que la valeur de ce dernier soit toujours du même signe. Par exemple, si la composante continue du courant 'modulé est égal à 3 mA et la 25 composante variable de ce courant 'modulé est de 2 mA, alors le courant généré par la source de courant 50 est fixé à 3 mA. Le convertisseur numérique-analogique 20 et le convertisseur courant-tension 22 sont réalisés sur un même circuit intégré, comprenant un substrat semi-conducteur, par exemple, à base de silicium. Le circuit intégré est, par exemple, du type ASIC (acronyme 30 de l'anglais Application-Specific Integrated Circuit). Ainsi, un tel étage d'entrée 16 d'amplificateur permet de réduire le nombre de sources de courant du convertisseur courant-tension 22 en exploitant les caractéristiques du convertisseur numérique-analogique 20. Ainsi, un tel circuit comporte moins de composants et est donc plus compacte à 35 réaliser sur circuit intégré et donc moins coûteux. 3024305 6 De plus, la diminution du nombre de sources de courant diminue les risques d'échauffement du circuit et permet d'économiser de l'énergie. 5 REVENDICATIONS1.- Etage d'entrée (16) d'un amplificateur (10) comportant : - une entrée (12) pour le signal numérique à convertir ; - une sortie en tension (26) pour la tension convertie ; - un convertisseur numérique-analogique (20) dont l'entrée forme l'entrée (12) pour le signal numérique à convertir, le convertisseur numérique-analogique (20) disposant d'une borne de signal (24) pour générer un courant (I 1 modulé) , - une résistance (36) de conversion du courant en tension reliée à la sortie en tension (26) et à un potentiel de référence ; et - un convertisseur courant-tension (22) à sortie en tension, relié à la borne de signal (24) et à la sortie en tension (26), le convertisseur courant-tension (22) comportant un transistor (46) tel que la grille du transistor (46) est reliée à une source de tension (42), le drain du transistor (46) est relié à une source de courant (50) et la source du transistor (46) est reliée au convertisseur numérique-analogique (20), la source de courant (50) générant un courant continu ; caractérisé en ce que la source du transistor (46) est reliée uniquement à la borne de signal (24) du convertisseur numérique-analogique (20). 2.- Etage d'entrée (16) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur numérique-analogique (20) est propre à générer un courant (Imodulé) comprenant une composante continue et une composante fixe, et la source de courant (50) est propre à fournir un courant égal à la composante continue du courant (Imodulé) généré par le convertisseur numérique-analogique (20). 3.- Etage d'entrée (16) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le convertisseur numérique-analogique (20) est à absorption de courant. 4.- Etage d'entrée (16) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étage d'entrée (16) est réalisé sur un circuit intégré. 5.- Amplificateur (10) caractérisé en ce qu'il comporte un étage d'entrée (16) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, et un étage d'amplification (18), connecté en série à l'étage d'entrée (16).