FR2969328A1 - Circuit de generation d'une tension de reference sous une faible tension d'alimentation - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un circuit de génération d'une tension de référence (V ) comprenant : une première source de courant (M1) en série avec un premier transistor bipolaire (Q1), entre une première (10) et une deuxième (20) borne d'application d'une tension d'alimentation ; une deuxième source de courant (M2) en série avec un deuxième transistor bipolaire (Q2) et un premier élément résistif (R4), entre lesdites première et deuxième bornes (10, 20), le point milieu entre le premier élément résistif (R4) et le deuxième transistor bipolaire (Q2) définissant une troisième borne de fourniture de la tension de référence (V ) ; un montage suiveur (22) dont une borne d'entrée est connectée entre la première source de courant et le premier transistor bipolaire, et dont une borne de sortie est connectée à une base du deuxième transistor bipolaire (Q2) ; et un pont diviseur résistif (R6, R7) entre la borne de sortie du montage suiveur (22) et ladite deuxième borne (20), le point milieu de ce pont diviseur étant connecté à une base du premier transistor bipolaire (Q1).
Description
B10442 - 10-GR1-175 1 CIRCUIT DE GENERATION D'UNE TENSION DE REFERENCE SOUS UNE FAIBLE TENSION D'ALIMENTATION
Domaine de l'invention La présente invention concerne de façon générale les circuits électroniques générant des tensions de référence stables (Bandgap reference).
L'invention concerne de tels circuits, que ceux-ci soient autonomes ou embarqués dans un circuit électronique comportant d'autres fonctions tel que, par exemple, un circuit de lecture d'une mémoire ou un circuit de régulation de pompe de charge.
Exposé de l'art antérieur Généralement, un circuit générant une tension de référence de type "bandgap" stable est basé sur la combinaison d'éléments résistifs et de transistors bipolaires. Pour une même variation de température, les tensions issues d'éléments résistifs et les tensions issues de transistors bipolaires varient de manière antagoniste. On combine ensuite ces tensions pour obtenir une tension de référence faiblement affectée par les variations de température. La figure 1 représente un exemple d'un tel circuit de 20 génération d'une tension de référence. Ce circuit comporte les éléments suivants : B10442 - 10-GR1-175
2 une première branche comportant un élément résistif R2 en série avec un premier transistor bipolaire Q1, entre une borne de sortie VBG du circuit et une borne 20 d'application d'un potentiel de référence (typiquement la masse GND), le transistor Q1 étant monté en diode (base et collecteur reliés) ; une deuxième branche, parallèle à la première branche, comportant un deuxième transistor bipolaire Q2, monté en diode et en série avec deux éléments résistifs R1 et R3, l'élément R3 ayant une valeur identique à celle de l'élément R2 ; et un amplificateur opérationnel 12 dont l'une des bornes d'entrées est couplée avec le point milieu du montage série de la première branche, l'autre borne d'entrée étant couplée avec le point milieu du montage série des éléments résistifs R1 et R3 de la deuxième branche, la borne de sortie de cet amplificateur opérationnel étant couplée à la borne de sortie VBG du circuit, l'amplificateur opérationnel étant alimenté par une tension VDD entre une borne 10 et la borne 20. L'amplificateur opérationnel 12 ajuste sa tension de sortie pour que les tensions sur ses deux bornes d'entrées soient égales. En conséquence, les deux transistors Q1 et Q2 25 sont parcourus par le même courant de collecteur. La tension V1 aux bornes de la résistance R1 s'écrit: V1 = Vbel - Vbe2 / Ou Vbel (respectivement Vbe2) désigne la tension base-émetteur du transistor Q1 (respectivement Q2). 30 On peut également écrire : Vi = kT'nuP) , où K désigne la constante de Boltzmann, q désigne la charge de l'électron, T désigne la température en Kelvin et p désigne le rapport de surface entre les deux transistors Q1 et 35 Q2. 15 20 B10442 - 10-GR1-175 3 Cette expression de la tension V1 est proportionnelle à la température T.
La tension VBG peut s'écrire : VBG = Vbe1 + RZ kT ln(p) , où R1 R1 et R2 désignent les valeurs respectives des résistances R1 et R2. En ajustant le rapport i , on compense la décroissance R1 de la tension Vbe1 en fonction de la température pour obtenir une tension de référence qui s'affranchit des variations de température.
Un inconvénient des circuits connus est que la différence de tension (offset) entre les bornes d'entrée de l'amplificateur 12 (due au déséquilibre - mismatch - entre les composants internes de cet amplificateur) génère une dispersion de la tension de sortie du circuit. Cette dispersion dégrade la précision de la tension de référence générée.
Un autre inconvénient d'un tel circuit est qu'il ne fonctionne pas avec une tension d'alimentation inférieure à 1,30V en raison des chutes de tension internes au montage amplificateur.
Résumé
Un objet d'un mode de réalisation est de proposer un circuit de type "bandgap" fonctionnant sous une tension d'alimentation plus faible par rapport aux niveaux communément utilisés dans la technologie pour laquelle les circuits sont fabriqués.
Ainsi, un mode de réalisation de la présente invention prévoit un circuit de génération d'une tension de référence comprenant : - une première source de courant en série avec un premier transistor bipolaire, entre une première et une deuxième borne d'application d'une tension d'alimentation ;
- une deuxième source de courant en série avec un deuxième transistor bipolaire et un premier élément résistif, B10442 - 10-GR1-175
4 entre lesdites première et deuxième bornes, le point milieu entre le premier élément résistif et le deuxième transistor bipolaire définissant une troisième borne de fourniture de la tension de référence ; - un montage suiveur dont une borne d'entrée est connectée entre la première source de courant et le premier transistor bipolaire, et dont une borne de sortie est connectée à une base du deuxième transistor bipolaire ; et - un pont diviseur résistif entre la borne de sortie du montage suiveur et ladite deuxième borne, le point milieu de ce pont diviseur étant connecté à une base du premier transistor bipolaire. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif comporte en outre un deuxième élément résistif intercalé entre la borne de sortie du montage suiveur et la base du deuxième transistor bipolaire. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les sources de courant sont formées de transistors MOS montés en miroir de courant.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la surface de collecteur du deuxième transistor bipolaire est supérieure à la surface de collecteur du premier transistor bipolaire. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 25 le montage suiveur est composé d'une source de courant montée en série avec un transistor MOS. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante 30 de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 décrite précédemment représente le schéma électrique d'une architecture connue pour un circuit générant une tension de référence stable ; B10442 - 10-GR1-175
la figure 2 représente un mode de réalisation d'un circuit générant une tension de référence stable ; et la figure 3 représente un exemple de montage suiveur utilisable dans le circuit de la figure 2. 5 Description détaillée Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures. L'invention sera décrite en relation avec des transistors en technologie CMOS. L'invention est toutefois applicable à toute autre technologie de transistors ou à une combinaison de différentes technologies. La figure 2 représente un mode de réalisation d'un circuit générant une tension de référence stable. Ce circuit comporte : - une première source de courant M1 en série avec un premier transistor bipolaire Q1, de type NPN, entre une première borne 10 d'application d'un potentiel d'alimentation positif VDD et une deuxième borne 20 d'application d'un potentiel de référence (typiquement la masse GND), l'émetteur étant coté borne 10 ; - une deuxième source de courant M2 en série avec un deuxième transistor bipolaire Q2 (de type NPN avec l'émetteur coté borne 20) et un élément résistif R4, entre les bornes 10 et 20, le point milieu entre l'élément résistif R4 et le transistor Q2 définissant une borne de sortie du circuit fournissant une tension de référence VBG, et les deux sources de courant M1 et M2 étant montées en miroir de courant ; - un montage suiveur 22, en série avec un élément résistif optionnel R5, entre le collecteur du transistor Q1 et la base du transistor Q2, le montage suiveur étant alimenté par la tension VDD entre les borne 10 et 20 ; et - un pont diviseur résistif composé d'éléments résistifs R6 et R7 en série, entre la borne de sortie du montage suiveur 22 et la borne 20, le point milieu de ce pont diviseur étant connecté à la base du transistor Q1.
B10442 - 10-GR1-175 6 Le circuit représenté en figure 2 ne comporte pas d'amplificateur opérationnel. Le miroir de courant composé des sources de courant M1 et M2 permet aux deux transistors Q1 et Q2 d'être parcourus par le même courant de collecteur.
La tension VBG selon la figure 2 s'écrit :
R ~' VBG = Vbel R + kTq (p) où, 7
R6 et R7 désignent les valeurs respectives des résistances R6 et R7.
Le montage suiveur 22, d'impédance d'entrée infinie,
10 transmet les variations en tension et fournit le courant nécessaire au pilotage de la base du transistor Q1 sans dériver de courant de la source de courant M1.
L'élément résistif R5 permet de compenser l'effet du courant de base du transistor Q2. Les courants de base des
15 transistors Q1 et Q2 étant égaux (grâce aux deux sources de courant M1 et M2 montées en miroir de courant), la compensation sera parfaite si les valeurs de résistance R5 et R6 sont égales.
L'élément résistif R4 fixe le courant dans les deux branches du montage.
20 Un avantage du montage de la figure 2 est qu'il ne nécessite pas d'amplificateur opérationnel. La précision de la tension de référence générée est ainsi améliorée. L'implémentation du miroir de courant a peu d'incidence sur la précision de la tension de référence générée.
Un autre avantage de ce montage est qu'il permet le fonctionnement du circuit avec des tensions d'alimentations inférieures à 1,3V.
La figure 3 représente un exemple de montage suiveur 22 utilisable dans le circuit de la figure 2. Ce montage suiveur 30 est composé d'une source de courant 30 en série avec un transistor MOS M3 entre les bornes 10 et 20, le drain 32 du transistor M3 étant couplé à la borne 20 (GND). Le point milieu du montage série définit la borne de sortie du montage suiveur 25 22.
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7 La tension minimum V,,,;,, d'utilisation du circuit représenté en figure 3 s'écrit : Vmin = VBG + Vbe2 +V30 +R5 *Ib2 011, VBG représente la tension de référence stable générée par le circuit, Vbe2 représente la tension base-émetteur du transistor Q2, V30 représente la tension minimum d'utilisation de la source de courant 30, R5 désigne la valeur de la résistance R5, et Ib2 représente le courant de base du transistor Q2 (courant dans R5). Ce courant est négligeable devant le courant d'émetteur de Q2. A titre d'exemple particulier de réalisation, un circuit tel que représenté en figure 3 peut fonctionner avec les valeurs suivantes : VBG = 100mV, Vbe2 = 800mV. Avec un transistor M3 ayant une tension drain-source de 100mV, on obtient une tension minimum d'utilisation proche de 1V, soit la tension d'utilisation du circuit. Le circuit démarre automatiquement dès qu'une tension d'alimentation est appliquée entre les bornes 10 et 20. En effet un courant se met alors immédiatement à circuler de la source 30 vers la résistance R5 et amorcer ainsi le transistor Q2. Cet amorçage du transistor Q2 met en fonctionnement le miroir de courant composé des sources de courant M1 et M2, il s'ensuit la mise en conduction du transistor Q1. Un circuit de démarrage externe apportant une tension de démarrage supérieure à la tension de fonctionnement n'est ainsi pas nécessaire. Des modes de réalisation particuliers de la présente invention ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, bien que l'invention ait été décrite en relation avec des exemples de circuits composés de transistors bipolaires NPN, de résistances et de sources de courant, l'invention est applicable à d'autres technologies de transistors, par exemple des bipolaires PNP, ou à d'autres arrangements de composants. Par exemple, les sources B10442 - 10-GR1-175
8 de courant pourront être des résistances ou des montages à base de transistors, les transistors peuvent être à canal N ou à canal P en adaptant les signaux de commande.
Claims (5)
- REVENDICATIONS1. Circuit de génération d'une tension de référence (VBG) comprenant : - une première source de courant (Ml) en série avec un premier transistor bipolaire (Q1), entre une première (10) et une deuxième (20) borne d'application d'une tension d'alimentation ; - une deuxième source de courant (M2) en série avec un deuxième transistor bipolaire (Q2) et un premier élément résistif (R4), entre lesdites première et deuxième bornes (10, 20), le point milieu entre le premier élément résistif (R4) et le deuxième transistor bipolaire (Q2) définissant une troisième borne de fourniture de la tension de référence (VBG) - un montage suiveur (22) dont une borne d'entrée est connectée entre la première source de courant et le premier transistor bipolaire, et dont une borne de sortie est connectée à une base du deuxième transistor bipolaire (Q2) ; et - un pont diviseur résistif (R6, R7) entre la borne de sortie du montage suiveur (22) et ladite deuxième borne (20), le point milieu de ce pont diviseur étant connecté à une base du premier transistor bipolaire (Q1).
- 2. Dispositif selon la revendication 1, comportant en outre un deuxième élément résistif (R5) intercalé entre la borne de sortie du montage suiveur (22) et la base du deuxième transistor bipolaire (Q2).
- 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel les sources de courant sont formées de transistors MOS (Ml, M2) montés en miroir de courant.
- 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la surface de collecteur du deuxième transistor bipolaire (Q2) est supérieure à la surface de collecteur du premier transistor bipolaire (Q1).
- 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le montage (22) suiveur est composéB10442 - 10-GR1-175 10 d'une source de courant (30) montée en série avec un transistor (M3) MOS.
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