FR2680888A1

FR2680888A1 - Reference current generator

Info

Publication number: FR2680888A1
Application number: FR9110687A
Authority: FR
Inventors: Robbe Michel
Original assignee: Matra Communication SA
Current assignee: Nortel Networks France SAS
Priority date: 1991-08-28
Filing date: 1991-08-28
Publication date: 1993-03-05
Anticipated expiration: 2011-08-28
Also published as: IT1258234B; DE9210915U1; FR2680888B1; ITMI922024A1; ITMI922024A0

Abstract

The generator, usable in telephony, provides an adjustable current with the aid of an external resistor (28). It comprises three branches connected between a supply (+V) and a single internal impedance (10) for closing the circuit. One of the branches includes a diode-configured upstream transistor (12) in series with a downstream transistor (14a, 14b) biased to the energy-band jump voltage, a second branch includes an upstream transistor (16) in series with a diode-configured downstream transistor (22), and a third branch includes an upstream transistor (18) in series with a downstream transistor (22) for duplicating the current passing through the downstream transistor of the second branch, the bases of the upstream transistors (12, 16, 18) are taken to the same potential and the bases of the downstream transistors (20, 22) of the second and third branches are joined to an output for connection of the external adjusting resistor (28), the output current (I) being extracted between the transistors (18, 22) of the third branch.

Description

GENERATEUR DE COURANT DE REFERENCE
La présente invention a pour objet un générateur de courant de référence susceptible d'être incorporé dans un circuit intégré, capable de fournir un courant stable et ajustable à l'aide d'une résistance externe.REFERENCE CURRENT GENERATOR
The present invention relates to a reference current generator capable of being incorporated into an integrated circuit, capable of supplying a stable and adjustable current using an external resistor.

De nombreux circuits intégrés analogiques fournissent des signaux de sortie qui dépendent de la valeur d'un courant généré à l'intérieur du circuit. Il est en conséquence nécessaire de disposer d'un courant ajustable à l'aide d'une résistance externe, soit afin de régler le courant une fois pour toutes, soit afin de rendre ce courant fonction des variations de la résistance, par exemple en cas de variation de température. Many analog integrated circuits provide output signals which depend on the value of a current generated within the circuit. It is therefore necessary to have an adjustable current using an external resistance, either in order to regulate the current once and for all, or in order to make this current function of the variations of the resistance, for example in case temperature variation.

On peut citer, à titre d'application intéressante, mais nullement limitative, la constitution d'un générateur de courant intégré pour un micro-circuit électronique de poste téléphonique du genre décrit dans le document EP-A-O 328 462. As an interesting, but in no way limiting, application, it is possible to cite the constitution of an integrated current generator for an electronic micro-circuit of a telephone set of the type described in document EP-A-O 328 462.

Dans cette application et dans beaucoup d'autres, il est souhaitable que le générateur de référence soit peu sensible aux perturbations électromagnétiques, éventuellement à haute fréquence, ce qui implique que le générateur, vu de l'extérieur, présente une impédance très élevée dans une large bande de fréquences. In this application and in many others, it is desirable that the reference generator is not very sensitive to electromagnetic disturbances, possibly at high frequency, which implies that the generator, seen from the outside, has a very high impedance in a wide frequency band.

Dans ce but, l'invention propose notamment un générateur intégré de courant de référence à résistance externe d'ajustage, comprenant non pas deux branches comme il est habituel, mais trois branches montées toutes trois entre une alimentation et une même impédance interne (c'est-àdire prévue dans le circuit intégré lui-même) de fermeture du circuit,
- une des branches comportant un transistor amont monté en diode, en série avec un transistor aval polarisé à la tension de saut de bande d'énergie ou "band gap",
- une seconde branche comportant un transistor amont en série avec un autre transistor aval monté en diode,
- et une troisième branche ayant un transistor amont en série avec un transistor aval de recopie du courant traversant le transistor aval de la seconde branche,
- les bases des transistors amont étant portées au même potentiel et les bases des transistors aval des seconde et troisième branches étant reliées à une sortie de branchement de la résistance externe d'ajustage, le courant de sortie étant prélevé entre les transistors de la troisième branche.To this end, the invention proposes in particular an integrated reference current generator with external adjustment resistance, comprising not two branches as is usual, but three branches, all three mounted between a power supply and the same internal impedance (c ' that is to say provided in the integrated circuit itself) for closing the circuit,
one of the branches comprising an upstream transistor mounted as a diode, in series with a downstream transistor biased at the energy band jump voltage or "band gap",
a second branch comprising an upstream transistor in series with another downstream transistor mounted as a diode,
- and a third branch having an upstream transistor in series with a downstream transistor for copying the current passing through the downstream transistor of the second branch,
the bases of the upstream transistors being brought to the same potential and the bases of the downstream transistors of the second and third branches being connected to a connection output of the external adjustment resistor, the output current being drawn between the transistors of the third branch .

Ce montage permet de faire passer un même courant 2I' dans les trois transistors amont, qui peuvent être identiques et, en mettant deux transistors aval (ou un transistor aval de surface double) dans la première branche, d'équilibrer totalement les courants dans l'ensemble des transistors aval : en effet, le courant 21' dans la seconde branche se fractionne en un courant qui passe dans l'impédance interne et un courant dérivé vers la résistance
R externe, tandis que le courant 21' dans la troisième se fractionne en un courant qui passe dans le transistor aval de la troisième branche et le courant de sortie I. On retrouve la tension de saut de bande interdite (1,25 Volt dans le cas d'intégration sur silicium) sur la borne de sortie reliée à la résistance externe. Celle-ci peut être optimisée de façon à ce que I soit sensiblement égal à I'.This arrangement makes it possible to pass the same current 2I 'through the three upstream transistors, which can be identical and, by putting two downstream transistors (or a downstream transistor with double surface) in the first branch, to completely balance the currents in the '' set of downstream transistors: in fact, the current 21 'in the second branch splits into a current which passes in the internal impedance and a current diverted towards the resistance
External R, while the current 21 'in the third splits into a current which passes through the downstream transistor of the third branch and the output current I. We find the forbidden band jump voltage (1.25 Volt in the integration case on silicon) on the output terminal connected to the external resistor. This can be optimized so that I is substantially equal to I '.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels
- la figure 1 est un schéma de principe d'un générateur intégré constituant un mode particulier de réalisation
- la figure 2 est une courbe représentative de la variation des composantes réelle et imaginaire de l'impédance du générateur, vu depuis la sortie, dans un cas particulier.The invention will be better understood on reading the following description of a particular embodiment, given by way of non-limiting example. The description refers to the accompanying drawings, in which
- Figure 1 is a block diagram of an integrated generator constituting a particular embodiment
- Figure 2 is a curve representative of the variation of the real and imaginary components of the generator impedance, seen from the output, in a particular case.

Le générateur montré schématiquement en figure 1 comporte trois branches montées chacune entre la tension d'alimentation +V et une impédance résistive interne, réprésentée sous forme d'une résistance interne 10, de valeur
Ri. Dans le cas illustré, le générateur est constitué entièrement de transistors bipolaires. Il serait cependant aussi bien réalisable en transistors MOS.The generator shown diagrammatically in FIG. 1 comprises three branches each mounted between the supply voltage + V and an internal resistive impedance, represented in the form of an internal resistance 10, of value
Ri. In the illustrated case, the generator consists entirely of bipolar transistors. However, it would also be feasible in MOS transistors.

Chaque branche du générateur représenté, intégrable sur silicium a un transistor amont et un transistor aval, les deux transistors étant de types complémentaires. Dans le cas illustré sur la figure 1, la première branche comporte un transistor amont 12 de type PNP, dont le collecteur est relié à la base pour constituer diode. Le transistor aval est représenté sous forme de deux transistors NPN 14a et 14b montés en parallèle mais, dans la pratique, il peut s'agir d'un transistor unique occupant une surface de silicium double de celle des transistors aval des deux autres branches. La tension Vi de polarisation appliquée aux transistors 14a et 14b est égale à la tension de saut de bande interdite. On désignera par 2I' le courant qui circule dans cette première branche. Each branch of the generator shown, which can be integrated on silicon, has an upstream transistor and a downstream transistor, the two transistors being of complementary types. In the case illustrated in FIG. 1, the first branch comprises an upstream transistor 12 of PNP type, the collector of which is connected to the base to constitute a diode. The downstream transistor is shown in the form of two NPN transistors 14a and 14b mounted in parallel but, in practice, it can be a single transistor occupying a silicon surface area double that of the downstream transistors of the two other branches. The bias voltage Vi applied to the transistors 14a and 14b is equal to the forbidden band hopping voltage. We will denote by 2I 'the current which circulates in this first branch.

Les seconde et troisième branches comportent des transistors amont PNP 16 et 18 identiques au transistor 12 et destinés à faire passer eux aussi un courant 21'. Le transistor aval 20 de la seconde branche, destiné à faire passer un courant I', fournit une référence de courant de base au transistor aval 22 de la troisième branche. Si les transistors 20 et 22 sont identiques aux transistors 14a et 14b et représentent une surface de silicium équivalente, les courants s'équilibrent et la tension Vi se retrouve sur la broche de sortie 26 à laquelle peut être raccordée la résistance externe d'ajustage 28. Il est souhaitable que cette résistance Re soit proportionnée à Vbe de façon que le courant I qui la traverse soit très proche de I'. The second and third branches include PNP upstream transistors 16 and 18 identical to transistor 12 and intended to also pass a current 21 '. The downstream transistor 20 of the second branch, intended to pass a current I ′, provides a base current reference to the downstream transistor 22 of the third branch. If the transistors 20 and 22 are identical to the transistors 14a and 14b and represent an equivalent silicon surface, the currents balance and the voltage Vi is found on the output pin 26 to which the external adjustment resistor 28 can be connected It is desirable that this resistance Re is proportional to Vbe so that the current I which flows through it is very close to I '.

Un condensateur 30 peut être placé en parallèle avec la résistance Re pour réduire l'effet des capacités parasites, sans générer pour autant une rotation de phase. A capacitor 30 can be placed in parallel with the resistor Re to reduce the effect of the stray capacitances, without however generating a phase rotation.

Ainsi, toute perturbation radio-électrique se trouve couplée à la résistance R e à travers un condensateur de valeur constante.Thus, any radioelectric disturbance is coupled to the resistor R e through a constant value capacitor.

La sortie de courant I peut être prélevée directement sur la troisième branche, entre les transistors 18 et 22. Pour limiter l'effet des imperfections des transistors et l'influence du courant de base, il est cependant préférable d'interposer, entre la troisième branche et la sortie 32, un étage différentiel. Dans le cas illustré sur la figure 2, cet étage comporte un miroir de courant constitué de deux transistors 34 et 36, de type NPN. Le courant de base des transistors 34 et 36 est fourni par un transistor
NPN supplémentaire 38. La tension +V d'alimentation doit alors être au moins 2Vbe, soit environ 1,4 Volt dans le cas d'une intégration sur silicium ; cette valeur est compatible avec celle nécessaire pour alimenter les branches.The current output I can be taken directly from the third branch, between the transistors 18 and 22. To limit the effect of the imperfections of the transistors and the influence of the base current, it is however preferable to interpose, between the third branch and output 32, a differential stage. In the case illustrated in FIG. 2, this stage comprises a current mirror made up of two transistors 34 and 36, of the NPN type. The base current of the transistors 34 and 36 is supplied by a transistor
Additional NPN 38. The supply voltage + V must then be at least 2Vbe, or approximately 1.4 Volt in the case of integration on silicon; this value is compatible with that necessary to supply the branches.

En général, la tension aux bornes de la résistance
Ri, toujours dans le cas d'une intégration sur silicium, sera de l'ordre de 0,6 Volt ce qui conduira à donner à Ri une valeur d'environ le huitième de Re
Du fait que la résistance 10 est intégrée, elle présente, d'un circuit à un autre, une dispertion qui peut modifier légèrement le courant de sortie I. Lorsqu'une grande précision est nécessaire, on peut remplacer la résistance 10 par un transistor 38 (en tirets sur la figure 1) présentant une surface suffisante pour faire passer un courant 4 I'. La base de ce transistor est reliée, dans le cas où il existe un étage de sortie, au point milieu du miroir c' est-à-dire à la base des transistors 34 et 36. Dans ce cas une diode de démarrage 40 est montée entre la tension d'entrée Vbe et la troisième branche.In general, the voltage across the resistor
Ri, still in the case of integration on silicon, will be of the order of 0.6 Volt which will lead to giving Ri a value of approximately the eighth of Re
Because the resistor 10 is integrated, it has, from one circuit to another, a dispersion which can slightly modify the output current I. When high precision is required, the resistor 10 can be replaced by a transistor 38 (in dashes in FIG. 1) having a sufficient surface to pass a current 4 I '. The base of this transistor is connected, in the case where there is an output stage, at the midpoint of the mirror, that is to say at the base of the transistors 34 and 36. In this case a starting diode 40 is mounted between the input voltage Vbe and the third branch.

Des mesures d'impédance sur un générateur du type illustré en figure 1 ont fait apparaitre une variation d'impédance imaginaire J et réelle S du genre montré en figure 2. On voit que l'impédance reste selfique Jusqu'à des fréquences dépassant 10 MHz. Impedance measurements on a generator of the type illustrated in FIG. 1 revealed a variation of imaginary J and real S impedance of the kind shown in FIG. 2. We see that the impedance remains self-inductive Up to frequencies exceeding 10 MHz .

Claims

1. Integrated reference current generator with external adjustment resistance, characterized in that it comprises three branches mounted between a power supply and the same internal circuit closing impedance,

one of the branches comprising an upstream transistor (12) mounted as a diode, in series with a downstream transistor (14a, 14b) biased at the energy band hopping voltage,

a second branch comprising an upstream transistor (16) in series with a downstream transistor (22) mounted as a diode,

- and a third branch comprising an upstream transistor (18) in series with a downstream transistor (22) for copying the current passing through the downstream transistor of the second branch,

- the bases of the upstream transistors (12,16,18) being brought to the same potential and the bases of the downstream transistors (20,22) of the second and third branches being connected to a connection output of the external resistance (28) of adjustment, the output current (I) being taken between the transistors (18,22) of the third branch.

2. Generator according to claim 1, characterized in that the external resistance has a value such that the current (I) which crosses it is substantially equal to half the current (21 ') in the upstream transistors.

3. Generator according to claim 1 or 2, characterized in that said internal impedance is a resistor (10).

4. Generator according to claim 1 or 2, characterized in that said internal impedance is constituted by a transistor or a group of transistors of sufficient area to pass a current double the current in the upstream transistors.

5. Generator according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a differential current mirror output stage.

6. Generator according to claim 5, characterized in that the output stage comprises, in addition to a current mirror consisting of two transistors (34,36) an additional transistor for supplying the base current (38).