Brevet FR3135846A1 — publié le 20231124

Convertisseur numérique-analogique La présente description concerne un convertisseur digital-analogique (100, 500) comprenant : - une pluralité de premiers condensateurs (102) ayant chacun une première et une deuxième électrode, les deuxièmes électrodes étant connectées entre elles et à l’entrée inverseuse d’un premier étage amplificateur (110) ; - une pluralité de commutateurs (106), chacun des premiers condensateurs (102) ayant sa première électrode connectée à un commutateurs (106) correspondant ; chacun des commutateurs (106) ayant un premier état où la première électrode (102) est reliée à une première tension de référence (VREF1) ; et un deuxième état dans lequel la première électrode est reliée à une deuxième tension de référence (VREF2) différente; - un circuit de contre-réaction capacitif (115); et - un contrôleur (108) configuré pour commander la pluralité de commutateurs (106) afin de modifier la charge accumulée dans le circuit de contre-réaction et générer une rampe de tension et/ou un saut de tension. Figure pour l'abrégé : Fig. 1 Convertisseur numérique-analogique La présente description concerne de façon générale les générateurs de rampe de tension et les procédés de génération de rampes de tension associés, notamment les générateurs de rampes de tension utilisés dans les convertisseurs analogiques-numériques des capteurs d’image. Les générateurs de rampe de tension, notamment ceux alimentant des convertisseurs analogique-numérique à rampe dans des capteurs d’image, sont soumis à des spécifications strictes, notamment en termes de bruit, en termes de taux de réjection de tension d’alimentation, ou encore en termes de défauts de linéarité par rapport à une rampe idéale. Par exemple, pour certaines applications, il est souhaitable d’obtenir un bruit de ligne relativement faible. En effet, l’utilisation des convertisseurs numérique-analogique (CNA, "Digital-to-Analog Converter" ou "DAC" en anglais) à source de courant pondéré ("steering current" en anglais) conduit à commuter des sources de courants de tailles diverses. Ainsi, dans les solutions existantes, les parasites de commutation ("glitches" en anglais) sont d’amplitudes variables en fonction des commutations. Il s’agit donc d’un phénomène non régulier, susceptible de créer une non-linéarité différentielle qui dégraderait la performance du capteur. En outre, il serait souhaitable que la consommation des solutions actuelles soit abaissée pour atteindre les exigences attendues, notamment pour les capteurs d’image. Il existe un besoin d’un convertisseur digital-analogique ayant de meilleures performances par rapport aux solutions existantes qui nécessitent des courant élevés, une forte tension et un élévateur de tension. Notamment, il existe un besoin d’obtenir le niveau de bruit souhaité en alimentant le générateur de rampe sous la tension nominale 1,8V de la technologie ciblée, par exemple silicium sur isolant (Silicon on insulator en anglais, SOI), pour la tenue en tension. Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des convertisseurs numériques-analogiques connus. Un mode de réalisation prévoit un convertisseur digital-analogique comprenant : - une pluralité de premiers condensateurs ayant chacun une première et une deuxième électrode, les deuxièmes électrodes étant connectées entre elles et à l’entrée inverseuse d’un premier étage amplificateur dont l’entrée non-inverseuse est reliée à un plan de de masse ; - une pluralité de premiers commutateurs, chacun des premiers condensateurs ayant sa première électrode connectée à un correspondant desdits premiers commutateurs de la pluralité; chacun des premiers commutateurs étant capable d’occuper : un premier état dans lequel la première électrode du condensateur correspondant est reliée à une première tension de référence ; et, un deuxième état dans lequel la première électrode du condensateur correspondant est reliée à une deuxième tension de référence différente de la première tension de référence ; - un circuit de contre-réaction capacitif, connecté entre l’entrée inverseuse et la sortie du premier étage amplificateur, et comprenant au moins un condensateur; et - un contrôleur configuré pour commander la pluralité de premiers commutateurs afin de modifier la charge accumulée dans ledit circuit de contre-réaction et générer ainsi une séquence comprenant une ou plusieurs rampes de tension et/ou un ou plusieurs sauts de tension à la sortie du premier étage amplificateur. Un autre mode de réalisation prévoit, un procédé de génération d’une séquence comprenant une ou plusieurs rampes de tension et/ou un ou plusieurs sauts de tension, le procédé comprenant : - commander, avec un contrôleur, une pluralité de premiers commutateurs d’un convertisseur numérique-analogique comprenant une pluralité de condensateurs ayant chacun une première et une deuxième électrodes, les deuxièmes électrodes étant connectées entre elles et à l’entrée inverseuse d’un premier étage amplificateur dont l’entrée non-inverseuse est reliée à la masse, chacun des premiers condensateurs ayant sa première électrode connectée à un correspondant desdits premiers commutateurs de la pluralité, chacun des premiers commutateurs étant capable d’occuper : un premier état dans lequel la première électrode du condensateur correspondant est reliée à une première tension de référence; et, un deuxième état dans lequel la première électrode du condensateur correspondant est reliée à une deuxième tension de référence différente de la première tension de référence ; le convertisseur numérique-analogique comprenant un circuit de contre-réaction capacitif, qui comprend au moins un condensateur, connecté entre l’entrée inverseuse et la sortie du premier étage amplificateur, les commutateurs étant commandés afin de modifier la charge accumulée dans ledit circuit de contre-réaction et générer ainsi ladite séquence à la sortie du premier étage amplificateur du convertisseur digital-analogique. Selon un mode de réalisation, le circuit de réinitialisation des premiers condensateurs est connecté à l’entrée inverseuse et à la sortie du premier étage amplificateur ; le circuit de réinitialisation comprenant un interrupteur connecté à l’entrée inverseuse du premier étage amplificateur ; la sortie du premier étage amplificateur étant asservie à une valeur de tension de réinitialisation lorsque l’interrupteur du circuit de réinitialisation est conducteur. Selon un mode de réalisation, l’interrupteur du circuit de réinitialisation est en outre connecté à la sortie d’un deuxième amplificateur, la tension de réinitialisation est une troisième tension de référence appliquée en entrée du deuxième amplificateur et, l’entrée inverseuse du deuxième amplificateur est connectée à la sortie du premier étage amplificateur. Selon un mode de réalisation, les commutateurs sont commandés les uns après les autres afin de modifier progressivement la charge accumulée au niveau dudit circuit de contre-réaction capacitif et générer ainsi une rampe de tension de la séquence. Selon un mode de réalisation, le contrôleur comprend un ou plusieurs registres à décalage pour commander la pluralité de premiers commutateurs. Selon un mode de réalisation, le contrôleur est configuré pour commander simultanément plusieurs des premiers commutateurs afin de générer un saut de tension à la sortie du premier étage amplificateur. Selon un mode de réalisation, le convertisseur digital-analogique comprend un nombre desdits premiers condensateurs supérieur ou égal à 2n, où n est un entier supérieur ou égal à 6. Selon un mode de réalisation, les premiers condensateurs ont une capacité égale ou approximativement égale. Selon un mode de réalisation, le contrôleur est configuré pour sélectionner les niveaux relatifs des première et deuxième tensions de référence afin de sélectionner une pente positive ou une pente négative de ladite ou desdites rampes de tension de la séquence. Selon un mode de réalisation, le contrôleur comporte en outre un moyen d’adressage pour commander de manière programmable la pluralité de premiers commutateurs. Un autre mode de réalisation prévoit un capteur d’image comprenant : - une matrice de pixels ; et - au moins un tel convertisseur numérique-analogique, le convertisseur digital-analogique étant relié à au moins un comparateur de pixels. Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la représente, de manière schématique, un capteur d’image comprenant un convertisseur digital-analogique alimentant une matrice de pixels selon un mode de réalisation de la présente description ; la représente, de manière schématique, un amplificateur du convertisseur digital-analogique de la , de façon détaillée, selon un mode de réalisation de la présente description ; la représente, de manière schématique, l’amplificateur du convertisseur digital-analogique de la , de façon détaillée, selon un autre mode de réalisation de la présente description ; la représente, de manière schématique, l’amplificateur du convertisseur digital-analogique de la , de façon détaillée, selon encore un autre mode de réalisation de la présente description ; la représente, de manière schématique, l’amplificateur du convertisseur digital-analogique de la , de façon détaillée, selon encore un autre mode de réalisation de la présente description ; la est un chronogramme illustrant des exemples de signaux pour la mise en oeuvre de génération de rampes et de sauts de tension avec le convertisseur digital-analogique des figures 1 à 3 ; la représente, de manière schématique, un convertisseur digital-analogique selon un autre mode de réalisation de la présente description ; et la est un chronogramme illustrant des exemples de signaux pour la mise en oeuvre de génération de rampes et de sauts de tension avec le convertisseur digital-analogique de la . Convertisseur digital-analogique (100, 500) comprenant : - une pluralité de premiers condensateurs (102) ayant chacun une première et une deuxième électrode, les deuxièmes électrodes étant connectées entre elles et à l’entrée inverseuse d’un premier étage amplificateur (110) dont l’entrée non-inverseuse est reliée à un plan de de masse ; - une pluralité de premiers commutateurs (106), chacun des premiers condensateurs (102) ayant sa première électrode connectée à un correspondant desdits premiers commutateurs (106) de la pluralité; chacun des premiers commutateurs (106) étant capable d’occuper : un premier état dans lequel la première électrode du condensateur (102) correspondant est reliée à une première tension de référence (VREF1) ; et, un deuxième état dans lequel la première électrode du condensateur (102) correspondant est reliée à une deuxième tension de référence (VREF2) différente de la première tension de référence (VREF1); - un circuit de contre-réaction capacitif (115), connecté entre l’entrée inverseuse et la sortie du premier étage amplificateur (110), et comprenant au moins un condensateur (C0, C1, C2); et - un contrôleur (108) configuré pour commander la pluralité de premiers commutateurs (106) afin de modifier la charge accumulée dans ledit circuit de contre-réaction et générer ainsi une séquence comprenant une ou plusieurs rampes de tension et/ou un ou plusieurs sauts de tension à la sortie (VRAMP) du premier étage amplificateur (110). Procédé de génération d’une séquence comprenant une ou plusieurs rampes de tension et/ou un ou plusieurs sauts de tension, le procédé comprenant : - commander, avec un contrôleur (108), une pluralité de premiers commutateurs (106) d’un convertisseur numérique-analogique (100, 500) comprenant une pluralité de condensateurs (102) ayant chacun une première et une deuxième électrodes, les deuxièmes électrodes étant connectées entre elles et à l’entrée inverseuse d’un premier étage amplificateur (110) dont l’entrée non-inverseuse est reliée à la masse, chacun des premiers condensateurs (102) ayant sa première électrode connectée à un correspondant desdits premiers commutateurs (106) de la pluralité, chacun des premiers commutateurs (106) étant capable d’occuper : un premier état dans lequel la première électrode du condensateur (102) correspondant est reliée à une première tension de référence (VREF1); et, un deuxième état dans lequel la première électrode du condensateur correspondant est reliée à une deuxième tension de référence (VREF2) différente de la première tension de référence (VREF1) ; le convertisseur numérique-analogique comprenant un circuit de contre-réaction capacitif (115), qui comprend au moins un condensateur (C0, C1, C2), connecté entre l’entrée inverseuse et la sortie du premier étage amplificateur (110), les commutateurs (106) étant commandés afin de modifier la charge accumulée dans ledit circuit de contre-réaction et générer ainsi ladite séquence à la sortie (VRAMP) du premier étage amplificateur (110) du convertisseur digital-analogique. Convertisseur selon la revendication 1, dans lequel un circuit de réinitialisation (111, 511) des premiers condensateurs (102) est connecté à l’entrée inverseuse et à la sortie du premier étage amplificateur (110) ; le circuit de réinitialisation (111, 511) comprenant un interrupteur (130, 506) connecté à l’entrée inverseuse du premier étage amplificateur (110) ; la sortie (VRAMP) du premier étage amplificateur (110) étant asservie à une valeur de tension de réinitialisation lorsque l’interrupteur (130, 506) du circuit de réinitialisation (111, 511) est conducteur. Convertisseur selon la revendication 3, dans lequel l’interrupteur (506) du circuit de réinitialisation (511) est en outre connecté à la sortie d’un deuxième amplificateur (520), la tension de réinitialisation étant une troisième tension de référence (VREF3) appliquée en entrée du deuxième amplificateur (520) et, dans lequel l’entrée inverseuse du deuxième amplificateur (520) est connectée à la sortie (VRAMP) du premier étage amplificateur (110). Convertisseur selon l’une quelconque des revendications 1 ou 3 à 4, dans lequel les commutateurs (106) sont commandés les uns après les autres afin de modifier progressivement la charge accumulée au niveau dudit circuit de contre-réaction capacitif (115) et générer ainsi une rampe de tension de la séquence. Convertisseur selon l’une quelconque des revendications 1 ou 3 à 5, dans lequel le contrôleur (108) comprend un ou plusieurs registres à décalage pour commander la pluralité de premiers commutateurs (106). Convertisseur selon l’une quelconque des revendications 1 ou 3 à 6, dans lequel le contrôleur (108) est configuré pour commander simultanément plusieurs des premiers commutateurs (106) afin de générer un saut de tension à la sortie (VRAMP) du premier étage amplificateur (110). Convertisseur selon l’une quelconque des revendications 1 ou 3 à 7, dans lequel le convertisseur digital-analogique comprend un nombre desdits premiers condensateurs (102) supérieur ou égal à 2 n , où n est un entier supérieur ou égal à 6. Convertisseur selon l’une quelconque des revendications 1 ou 3 à 8, dans lequel les premiers condensateurs (102) ont une capacité égale ou approximativement égale. Convertisseur selon l’une quelconque des revendications 1 ou 3 à 9, dans lequel le contrôleur (108) est configuré pour sélectionner les niveaux relatifs des première et deuxième tensions de référence (VREF1, VREF2) afin de sélectionner une pente positive ou une pente négative de ladite ou desdites rampes de tension de la séquence. Convertisseur selon l’une quelconque des revendications 6 ou 7 à 10 dans leur dépendance à la revendication 6, dans lequel le contrôleur comporte en outre un moyen d’adressage pour commander de manière programmable la pluralité de premiers commutateurs (106). Capteur d’image (10) comprenant : - une matrice de pixels (150) ; et - au moins un convertisseur numérique-analogique (100, 500) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 3 à 11, le convertisseur digital-analogique étant relié à au moins un comparateur de pixels.