FR2737358A1 - Etage de sortie d'un amplificateur operationnel convenant pour le montage sur un substrat et procede d'amplification - Google Patents

Abstract

Etage de sortie (418) pour un amplificateur opérationnel (403), alimenté par un premier pôle d'alimentation (102) et un second pôle d'alimentation (104) comportant un tampon (11) et un amplificateur de courant (500) permettant d'amplifier une tension d'entrée (105) en un signal de sortie de faible impédance (117 et 520). Le tampon (100) amplifie la tension d'entrée (105) en un signal de sortie amplifié (117 et 520) lorsque la tension d'entrée (105) est comprise dans une plage de tension du tampon (210), la plage de tension du tampon (210) étant elle-même comprise dans la plage de tension maximale (208), définie par la différence de tension entre le premier pôle d'alimentation (102) et le second pôle d'alimentation (104). L'amplificateur de courant (500) aide le tampon (100) à amplifier la tension d'entrée (105) en signal de sortie (117 et 520), lorsque la tension d'entrée (105) sort de la plage de tension du tampon (210), mais est comprise dans la plage de tension maximale (208).

Description

Priorité: SN 08/506 158 du 24.07.1995 MOTOROLA, Inc. Titre:

ETAGE DE SORTIE D'UN AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL CONVENANT

POUR LE MONTAGE SUR UN SUBSTRAT ET PROCEDE

D 'AMPLIFICATION

Arrière-plan de l'invention 1. Domaine de l'invention La présente invention concerne en général des amplificateurs, et plus spécifiquement, des étages de

sortie d'amplificateurs opérationnels.

2. Description de la technique apparentée

En règle générale, un amplificateur opérationnel (amp op) est utilisé dans de nombreuses applications, comportant parmi d'autres les radiotéléphones. En fait, les radiotéléphones courants comprennent plusieurs amp op permettant d'augmenter la puissance du signal à la fois dans le récepteur, et dans l'émetteur. De tels amp op sont, généralement montés, avec d'autres circuits, sur un substrat d'un circuit intégré (CI). Les radiotéléphones devenant de plus en plus petits et faciles à transporter, ) il devient indispensable d'avoir des amp op fonctionnant

efficacement à de faibles tensions d'alimentation.

Les amp op se composent d'un étage d'entrée, d'un étage intermédiaire et d'un étage de sortie. Lorsque l'amp op est monté sur un circuit intégré, à l'une de ses sorties de signal, il faut que l'étage de sortie de l'amp op fournisse une sortie de faible impédance. La sortie de faible impédance empêche le reste du circuit monté sur le circuit intégré de devenir instable en raison des grandes valeurs de capacité fournies par d'autres circuits

intégrés ou d'autres composants directement couplés.

Malheureusement, la plupart des étages de sortie d'amp op existants, y compris ceux permettant une fluctuation d'un pôle à l'autre, présentent une impédance de sortie élevée. La figure 1 est une illustration schématique d'un étage de sortie de basse impédance connu pour un amp op

comportant un tampon de montage émetteur (ou source) -

suiveur 100. Le tampon 100 est alimenté par un premier pôle d'alimentation (+VBB) 102 et un second pôle d'alimentation 104. Le tampon 100 comprend une entrée 106 permettant de recevoir une tension d'entrée 105. L'entrée 106 est couplée aux premier et second dispositifs tampons 108, 110, par l'intermédiaire respectivement des premier et second dispositifs de polarisation 112, 114. En réponse à la tension d'entrée 105, les premier et second dispositifs tampons 108, 110 fournissent une tension de sortie 115 et un courant de sortie 117, collectivement un

signal de sortie, à une sortie 116 qui leur est couplée.

Le signal de sortie est capable de conduire une charge, comme un autre circuit intégré (non représenté), qui est couplé à la sortie 116 et alimenté de manière similaire

par les premier et second pôles d'alimentation 102, 104.

La figure 2 est une illustration sous forme graphique d'une caractéristique connue de transfert de tension 200 du tampon 100 de la figure 1. En réponse à la tension d'entrée 105, les premier et second dispositifs tampons 108, 110 fonctionnent en alternance pour fournir le signal de sortie. Lorsque la tension d'entrée 105 dépasse +VBB/2, comme indiqué par la partie 202 de la caractéristique de transfert 200, le courant de sortie 117 est tout d'abord fourni à la sortie 116 de la figure 1 par le premier dispositif tampon 108. Lorsque la tension d'entrée 105 tombe au-dessous de +VBB/2, comme indiqué par la partie 204 de la caractéristique de transfert 200, le courant de sortie 117 est tout d'abord absorbé par la sortie 116 par le second dispositif tampon 110. Les premier et second dispositifs de polarisation 112, 114 garantissent que les premier et second dispositifs tampons 108, 110, respectivement, demeurent l sous tension afin d'éviter une distorsion de croisement lorsque la tension d'entrée 105 est approximativement égale, ou passe par +VBB/2, comme l'indique le point 206

de la caractéristique de transfert 200.

En raison des limitations électriques de la jonction émetteur-base des transistors bipolaires comprenant les premier et second dispositifs tampon 108, , le tampon 100 ne peut pas fournir le signal de sortie et conduire la charge au-delà d'une plage de tension maximale 208. La plage de tension maximale 208 est définie par la différence entre le premier et le

second pôle d'alimentation 102, 104, et va de OV à +VBB.

En fait, le tampon 100 ne peut fournir le signal de sortie lorsque la tension d'entrée 105 est dans une chute de tension de diode du premier ou du second pôles d'alimentation 102,104. Une chute de tension de diode est couramment connue comme la chute de tension entre la base et l'émetteur d'un transistor bipolaire. Donc, le fonctionnement du tampon 100 est effectivement limité à une plage de tension de tampon 210, définie par la 3( différence entre le premier pôle d'alimentation 102 moins une chute de tension de diode et le second pôle d'alimentation 104 moins une autre chute de tension de diode. Si l'on suppose que la chute de tension de diode est d'environ 0,8 V, la plage de tension du tampon 210 va d'environ 0,8 V à environ +VBB-0,8 V, comme le montre la

figure 2.

Dans les applications à faible puissance, la perte de la plage de fonctionnement, ou l'absence de i possibilité de fluctuation d'un pôle à l'autre, en raison des deux chutes de tension de diode, crée une limitation importante. Par exemple, si le premier pôle d'alimentation 102 est 3 V et le second pôle d'alimentation 104 est 0 V comme indiqué, la plage de 1< tension maximale 208 devient 3 V et la plage de tension du tampon 210 devient environ 1,4 V. Dans un tel cas, le tampon 100 ne pourrait pas fournir le signal de sortie et conduire la charge sur plus de la moitié (environ 1, 6 V) de la plage de tension maximale 208, qui est de 3 V. Il faut donc un étage de sortie pour un amp op offrant la possibilité de fluctuation d'un pôle à l'autre, convenant ainsi pour une utilisation dans une application à basse tension et ayant une faible impédance de sortie, de façon à convenir pour le montage à la

) sortie d'un circuit intégré.

Brève description des dessins

La figure 1 est une illustration schématique d'un étage de sortie connu d'un amplificateur opérationnel; la figure 2 est une illustration sous forme graphique d'une caractéristique connue de transfert de tension de l'étage de sortie de la figure 1; la figure 3 est une illustration sous forme de schéma fonctionnel d'un système de communication à fréquence radio employant un radiotéléphone; 3(> la figure 4 est une illustration sous forme de schéma fonctionnel, avec détail limité, d'un synthétiseur du radiotéléphone de la figure 3, le synthétiseur employant un amplificateur opérationnel; la figure 5 est une illustration schématique d'un étage de sortie de l'amplificateur opérationnel de la figure 4; la figure 6 est une illustration sous forme graphique d'une caractéristique de transfert de tension de l'étage de sortie de la figure 5; la figure 7 est une illustration schématique d'un autre étage de sortie de l'amplificateur opérationnel de la figure 4; et la figure 8 est une illustration sous forme de diagramme séquentiel d'une méthode d'amplification d'une

tension d'entrée.

Description détaillée des modes de réalisation préférés

Un étage de sortie pour un amplificateur opérationnel, alimenté par un premier pôle d'alimentation et un second pôle d'alimentation, comporte un tampon et un amplificateur de courant permettant d'amplifier une tension d'entrée dans un signal de sortie de faible impédance. Le tampon amplifie la tension d'entrée en signal de sortie amplifié lorsque la tension d'entrée se situe dans la plage de tension du tampon, la plage de tension du tampon étant comprise dans une plage de tension maximale, définie par la différence entre le premier pôle d'alimentation et le second pôle d'alimentation. L'amplificateur de courant aide le tampon à amplifier la tension d'entrée en signal de sortie amplifié, lorsque la tension d'entrée sort de la plage de tension du tampon, mais se situe dans la plage de tension maximale. ) La figure 3 est une illustration sous forme de schéma fonctionnel d'un système de communication à fréquence radio 300, dans lequel un émetteur-récepteur radio 302 et un radiotéléphone 304 communiquent par

l'intermédiaire de signaux à haute fréquence (HF) 306.

L'émetteur-récepteur radio 302 est un émetteur-

récepteur radio fixe servant une zone de couverture radio

peuplée de radiotéléphones, comme le radiotéléphone 304.

Le radiotéléphone 304 comprend une antenne 308, un récepteur 310, un émetteur 312, un synthétiseur 314, un régisseur 316 et une interface utilisateur 318. Le radiotéléphone 304 fonctionne grâce au courant fourni par une batterie amovible 320. L'émetteur-récepteur radio 302 transmet des signaux HF 306 dans sa zone de couverture lI radio peuplée de radiotéléphones 304. L'antenne 308 convertit les signaux HF 306 en signaux de réception HF électriques 309 et couple les signaux de réception HF électriques 309 au récepteur 310. Le récepteur 310 mélange les signaux de réception HF électriques 309 à une fréquence de l'oscillateur local pour générer des signaux de réception à fréquence intermédiaire (FI) 311. Le récepteur 310 couple les signaux de réception FI 311 au synthétiseur 314. Le synthétiseur 314 fournit des fréquences de mélange supplémentaires pour convertir les 2() signaux de réception FI 311 en signaux de réception en bande de base (BB) 315. Le synthétiseur 314 ajuste et maintient les signaux de réception BB 315 à une amplitude désirée pour permettre leur utilisation par le régisseur 316. Le régisseur 316 transforme les signaux de réception BB 315 en signaux de réception de données 317. Les signaux de réception de données sont couplés à l'interface utilisateur 318 et sortis pour l'utilisateur sous forme de parole audible par l'intermédiaire d'un haut-parleur (non représenté) et sous forme 3( d'informations opérationnelles par l'intermédiaire d'un

dispositif d'affichage visuel (non représenté).

Les entrées vocales de l'utilisateur par l'intermédiaire d'un microphone (non représenté) de l'interface utilisateur 318 sont converties et couplées au régisseur 316 comme signaux de transmission de données 319. Le régisseur 316 convertit les signaux de transmission de données 319 en signaux de transmission BB 321. Les signaux de transmission BB 321 sont couplés au i synthétiseur 314. Le synthétiseur convertit les signaux

de transmission BB 321 en signaux de transmission FI 323.

Les signaux de transmission FI 323 sont couplés au transmetteur 312, qui mélange les signaux de transmission FI 323 à une fréquence de l'oscillateur local pour l) convertir les signaux de transmission FI 323 en signaux de transmission HF électriques 325. Les signaux de transmission HF électriques 325 sont ensuite convertis par l'antenne 308 et transmis à l'émetteur-récepteur

radio 302 sous forme de signaux HF 306.

La figure 4 est une illustration sous forme de schéma fonctionnel d'un synthétiseur du radiotéléphone 304. Le synthétiseur 314 comprend un adaptateur de bande 401, un oscillateur commandé en tension 402, un amp op 403 et un transposeur de fréquence 404. Les signaux de 2() réception FI 311 générés par le récepteur 310 de la figure 3 sont couplés à l'adaptateur de bande 401. Ce dernier exécute une démodulation de la composante en quadrature sur les signaux de réception FI 311 en mélangeant les signaux de réception FI 311 aux composantes en phase et en quadrature d'une entrée de signal de fréquence BB 406 vers l'adaptateur de bande 401 de l'oscillateur commandé en tension 402. Les signaux de réception en phase et en quadrature résultants sont filtrés par l'adaptateur de bande 401 et couplés à l'amp

3) op 403 comme signaux de réception BB intermédiaires 408.

L'amp op 403 ajuste les signaux de réception BB intermédiaires 408 sur l'amplitude désirée et sort les signaux de réception BB intermédiaires 408 sur le régisseur 316 de la figure 3, comme signaux de réception 315. L'amp op 403 comporte un étage d'entrée 414, un

étage intermédiaire 416 et un étage de sortie 418.

Les signaux de transmission BB 321 générés par le régisseur 316 de la figure 3 sont couplés au transposeur de fréquence 404. Celui-ci mélange les signaux de transmission BB aux composantes en phase et en quadrature d'un signal de fréquence FI 420, généré par l'oscillateur commandé en tension 402. Les signaux FI en phase et en quadrature mélangés sont combinés et sortis du 1) transposeur de fréquence 404, comme signaux de transmission FI 323. Les signaux de transmission FI 323

sont ensuite couplés à l'émetteur 312 de la figure 3.

Dans le mode de réalisation préféré, les composants du synthétiseur 314 représenté sur la figure 4 sont intégrés et soudés dans un substrat adéquat 430, par exemple un substrat en céramique. Le substrat 430 est monté dans un boîtier de circuit intégré (non représenté). Ce boîtier fournit les brochages pour le raccordement des composants du synthétiseur 314, comme 2() l'étage de sortie 418 de l'amp op 403, aux composants externes, comme le régisseur 316 de la figure 3, qui peuvent se composer de un ou plusieurs boîtiers de circuit intégré. Lors du couplage du signal de réception BB 315, à partir d'une sortie du boîtier de circuit intégré du synthétiseur 314, directement à une entrée du boîtier de circuit intégré du régisseur 316, le signal de réception BB 315 rencontre une grande valeur de capacité provenant de l'entrée du boîtier de circuit intégré du régisseur 316. Afin de préserver la stabilité du synthétiseur 314 malgré cette capacité élevée, l'étage de

sortie 418 doit fournir une sortie de faible impédance.

La figure 5 est une illustration schématique d'un étage de sortie 418 de l'amplificateur opérationnel 403 de la figure 4. Dans le mode de réalisation préféré, l'étage de sortie 418 est à unité de gain et comprend le tampon 100 de la figure 1 et l'amplificateur de courant 500. Le tampon 100, qui est un circuit symétrique, est alimenté par les premier et second pôles d'alimentation 102, 104 de la batterie 320 de la figure 3. Bien que le second pôle d'alimentation 104 soit indiqué comme étant la terre, on reconnaîtra que l'étage de sortie 418 pourrait être alimenté par l'intermédiaire d'une alimentation en deux parties possédant des pôles 1) d'alimentation positif et négatif, o le premier pôle d'alimentation 102 reste + VBB et le second pôle

d'alimentation 104 est désigné, par exemple, -VBB.

Le tampon 100 est couplé entre l'entrée 106 et la sortie 116 de l'étage de sortie 418 et comprend les premier et second dispositifs tampons 108, 110 et les premier et second dispositifs de polarisation 112, 114,

décrits, de manière générale par rapport à la figure 1.

Plus particulièrement, le premier dispositif tampon 108 comprend un transistor NPN 501 ayant une base, un 2( collecteur couplé au premier pôle d'alimentation 102 et un émetteur couplé à la sortie 116. Le premier dispositif tampon 108 est polarisé sur une chute de tension de diode au-dessus de la tension d'entrée 105 par le premier dispositif de polarisation 112. Le premier dispositif de polarisation 112 comprend un transistor PNP 502 ayant une base couplée à l'entrée 106, un collecteur couplé au second pôle d'alimentation 104 et un émetteur couplé à la base du transistor NPN 501 du premier dispositif tampon 108, une première source de courant 503 et le premier 3( pôle d'alimentation 102. Dans le mode de réalisation préféré, la première source de courant 503 peut être

réalisée par un transistor PMOS.

Le second dispositif tampon 110 comprend un transistor PNP 504 ayant une base, un collecteur couplé au second pôle d'alimentation 104 et un émetteur couplé à la fois à la sortie 116 et à l'émetteur du transistor NPN 501 du premier dispositif tampon 108. Le second dispositif tampon 110 est polarisé sur une chute de î tension de diode au-dessous de la tension d'entrée 105 par le second dispositif de polarisation 114. Le second dispositif de polarisation 114 comprend un transistor NPN 505 ayant une base couplée à l'entrée 106, un collecteur couplé au premier pôle d'alimentation 102 et un émetteur in couplé à la base du transistor PNP 504 du second dispositif tampon 110, une seconde source de courant 506 et le second pôle d'alimentation 104. Dans le mode de réalisation préféré, la seconde source de courant 506

peut être réalisée par un transistor NMOS.

Le tampon 100 fonctionne en réponse à la tension d'entrée 105 appliquée à l'entrée 106 comme précédemment décrit par rapport aux figures 1 et 2. Les premier et second dispositifs tampons 108, 110 fonctionnent en alternance en fonction de l'amplitude de la tension d'entrée 105, afin de fournir le signal de sortie capable de conduire la charge, comme le régisseur 316 de la figure 3. Cependant, comme il a été mentionné précédemment, le tampon 100, qui réalise les limitations de tension de la jonction émetteur-base, ne peut pas effectuer une fluctuation approximative d'un pôle à l'autre et fournir le signal de sortie lorsque la tension d'entrée 105 sort de la plage de tension du tampon 210 de la figure 2 (lorsque la tension d'entrée 105 est comprise dans environ 0,8 V du premier pôle d'alimentation 102 ou ) du second pôle d'alimentation 104). Afin d'augmenter la capacité de fluctuation d'un pôle à l'autre, pour que le signal de sortie puisse être généré lorsque la tension d'entrée 105 sort de la plage de tension du tampon 210 de la figure 2, l'amplificateur de courant 500 est couplé au

tampon 100.

L'amplificateur de courant 500, qui est alimenté par les premier et second pôles d'alimentation 102, 104 et couplé entre l'entrée 106 et la sortie 116 de l'étage de sortie 418, aide le tampon à fournir une tension de sortie 520 et le courant de sortie 117, collectivement le signal de sortie, à la sortie 116 lorsque la tension d'entrée 105 sort de la plage de tension du tampon 210 de 1( la figure 2. L'amplificateur de courant 500 permet à l'étage de sortie 418 de fonctionner sur environ toute la plage de tension maximale 208 de la figure 2 et fournit

toujours une faible impédance à la sortie 116.

L'amplificateur de courant 500, qui est un circuit avec fluctuation d'un pôle à l'autre, comprend un premier dispositif d'amplification 508 et un second dispositif d'amplification 510. Le premier dispositif d'amplification 508 comporte un transistor NMOS 507, ayant une porte couplée à l'entrée 106, une source couplée au second pôle d'alimentation 104 et un drain couplé à la sortie 116. Le premier dispositif d'amplification 508 comprend également un premier un miroir de courant 512. Dans le mode de réalisation préféré, le premier miroir de courant 512 comprend des transistors PMOS 511 et 513. Le premier miroir de courant 512 est couplé entre le drain du transistor NMOS 507 du

premier dispositif d'amplification 508 et la sortie 116.

Le second dispositif d'amplification 510 comprend un transistor PMOS 509 ayant une porte couplée à l'entrée 3( 106, une source couplée au premier pôle d'alimentation 102 et un drain couplé à la sortie 116. Le second dispositif d'amplification 510 comprend également un second miroir de courant 514. Dans le mode de réalisation préféré, le second miroir de courant 514 comprend des transistors NMOS 517 et 518. Le second miroir de courant 514 est couplé entre le drain du transistor PMOS 509 du

second dispositif d'amplification 510 et la sortie 116.

L'amplificateur de courant 500 fonctionne comme suit. Lorsque la tension d'entrée 105 approche du premier pôle d'alimentation 102, le premier dispositif d'amplification 508 est actionné et ainsi, un premier courant amplifié 515 passe dans le drain du transistor NMOS 507 du premier dispositif d'amplification 508. Le premier courant amplifié 515 est réfléchi de manière symétrique ou inversée par le premier miroir de courant 512 et couplé à la sortie 116. Lorsque la tension d'entrée approche du second pôle d'alimentation 104, le second dispositif d'amplification 510 est actionné et ainsi, un second courant amplifié 516 passe dans le drain du transistor PMOS 509 du second dispositif d'amplification 510. Le second courant amplifié 516 est réfléchi de manière symétrique ou inversée par le second

miroir de courant 514 et couplé à la sortie 116.

La figure 6 est une illustration sous forme graphique d'une caractéristique de transfert de tension 600 de l'étage de sortie 418 des figures 4 et 5. En réponse à la tension d'entrée 105, les premier et second dispositifs tampons 108, 110 et les premier et second dispositifs d'amplification 508, 510 fonctionnent en alternance pour fournir la tension de sortie 520 et le courant de sortie 117. Lorsque la tension d'entrée dépasse +VBB/2 et approche +VBB, comme indiqué par la partie 602 de la caractéristique de transfert 600, la tension de sortie 520 est généralement fournie par les premier et second dispositifs tampons 108, 110 et le premier dispositif d'amplification 508. En particulier, le premier dispositif tampon 108 fournit tout d'abord la tension de sortie 520 et le courant de sortie 117 pour les valeurs de tension d'entrée 105 comprises entre le point 601 sur la caractéristique de transfert 600 (ou

environ +VBB/2) et le point 603 (ou environ +VBB-0,8 V).

Entre le point 603 et le point 605 (ou environ +VBB-0,2 V), la tension de sortie 520 est fournie par le second dispositif tampon 110 et le courant de sortie 117 est

fourni par le premier dispositif d'amplification 508.

Pour les tensions d'entrée inférieures à +VBB/2 et approchant 0 V, comme indiqué par la partie 604 de la <) caractéristique de transfert 600, la tension de sortie 520 et le courant de sortie 117 sont généralement fournis par les premier et second dispositifs tampons 108, 110 et le second dispositif d'amplification 510. En particulier, le second dispositif tampon 110 fournit tout d'abord la tension de sortie 520 et le courant de sortie 117 pour les valeurs de tension d'entrée 105 comprises entre le point 601 (ou environ +VBB/2) et le point 607 (ou environ 0,8 V). Entre le point 607 et le point 609 (ou environ 0,2 V), la tension de sortie 520 est fournie par le 2<0 premier dispositif tampon 108 et le courant de sortie 117

est fourni par le second dispositif d'amplification 510.

Du fait que les premier et second dispositifs de polarisation 112, 114 garantissent que le transistor NPN 501 et le transistor PNP 504 des premier et second dispositifs tampons 108, 110, respectivement, sont continuellement alimentés, l'impédance à la sortie 116

reste faible.

Contrairement à l'étage de sortie connu de la figure 1 comportant uniquement le tampon 100, ici, <) l'étage de sortie 418 présente une capacité de fluctuation d'un pôle à l'autre et augmente la plage de fonctionnement; cela signifie que l'étage de sortie 418 produit la tension de sortie 520 et le courant de sortie 117 lorsque la tension d'entrée 105 tombe à la fois dans la plage de tension du tampon 210 et sort de cette plage 210, mais est au moins éloigné du premier ou du second pôles d'alimentation 102, 104 d'environ 0,2 V. Dans le mode de réalisation préféré, le premier pôle d'alimentation 102 est 3 V et le second pôle d'alimentation 104 est la terre ou 0 V, comme indiqué lorsque la plage de tension maximale 208 est définie à 3 V. En comparaison avec le tampon connu 100, dont le fonctionnement est limité dans la plage de tension du <) tampon 210, qui couvre uniquement 1,4 V sur les 3 V possibles, le tampon 100 plus l'amplificateur de courant 500 peuvent fournir la tension de sortie 520 et le courant de sortie 117 sur la plage de tension amplifiée 610, qui couvre 2,6 V des 3 V possibles. La plage de tension amplifiée 610 est décrite par la figure 6, comme s'étendant entre environ 0,2 V et environ +VBB-0,2 V. La figure 7 est une illustration schématique d'un

autre étage de sortie 700 de l'amp op 403 de la figure 4.

L'autre étage de sortie 700 est sensiblement identique à 2) l'étage de sortie 418 illustré sur la figure 5, à l'exception du fait qu'il est équipé d'un interrupteur pour la "mise sous et hors tension" des premier et second dispositifs d'amplification 508, 510, de manière à empêcher un drain de courant inutile, lorsque les premier et second dispositifs d'amplification 508, 510 ne sont pas utilisés. Les premier et second dispositifs d'amplification 508, 510 n'ont pas besoin de fournir les premier et second courants amplifiés 515, 516 pour aider les premier et second dispositifs tampons 108, 110, au 3O moins jusqu'à ce que la tension d'entrée 105 approche de la limite supérieure + VBB-0,8 V ou de la limite inférieure 0,8 V de la plage de tension du tampon 210 (voir la figure 6). Pour réaliser des économies de courant en ne faisant pas fonctionner les premier et second dispositifs d'amplification 508, 510 dans la plage de tension du tampon 210, un autre amplificateur de courant 701 comprend un premier interrupteur 702 et un second interrupteur 704 couplé aux premier et second

i dispositifs d'amplification 508, 510, respectivement.

Le premier interrupteur 702 comprend un premier dispositif de commutation 706. Le premier dispositif de commutation 706 comporte un transistor NMOS 707, couplé au premier dispositif d'amplification 508 dans une configuration par paires différentielle. Le transistor NMOS 707 du premier dispositif de commutation 706 comprend une porte, un drain couplé au premier pôle d'alimentation 102 et une source couplée à la source du transistor NMOS 507 du premier dispositif d'amplification 508. Le premier dispositif de commutation 706 comprend une troisième source de courant 708, couplée aux sources des transistors NMOS 507, 707 du premier dispositif d'amplification 508 et au premier dispositif de commutation 706, respectivement, pour la polarisation de 2() la configuration par paires différentielle. La troisième source de courant 708 peut être réalisée par un

transistor NMOS.

Le premier interrupteur 702 comporte un premier dispositif de polarisation de l'interrupteur 710, couplé au premier dispositif de commutation 706. Le premier dispositif de polarisation de l'interrupteur 710 comprend un transistor NPN 711 ayant une base, un collecteur

couplé au premier pôle d'alimentation 102 et un émetteur.

La base est couplée au collecteur pour réaliser une chute de tension de diode à travers le transistor NPN 7110. Le premier dispositif de polarisation de l'interrupteur 710 comprend une première résistance 712, couplée entre l'émetteur du transistor NPN 711 et la porte du transistor NMOS 707 du premier dispositif de commutation 706. La première résistance 712 est conçue pour fournir environ la moitié d'une chute de tension de diode. Le premier dispositif de polarisation de l'interrupteur 710 comprend, en outre, une quatrième source de courant 7]4, couplée au-dessous de la première résistance 712 et entre la porte du transistor NMOS 707 du premier dispositif de commutation 706 et le second pôle d'alimentation 104. La quatrième source de courant 714, qui peut être réalisée par un transistor NMOS, polarise le premier dispositif de

I( polarisation de l'interrupteur 710 en fonction.

Le premier interrupteur 702 empêche le premier dispositif d'amplification 508 de générer le premier courant amplifié 515 jusqu'à ce que la tension d'entrée approche de la limite supérieure +VBB-0,8 V de la plage de tension du tampon 210. La première résistance 712 et le transistor NPN 711 du premier dispositif de polarisation de l'interrupteur 710 règlent latension à la porte du transistor NMOS 707 du premier dispositif de commutation 706 à environ une et demie chute de tension

2() de diode au-dessous du premier pôle d'alimentation 102.

La configuration par paires différentielle empêche la mise sous tension du premier dispositif d'amplification 508 et fournit le premier courant amplifié 515 jusqu'à ce que la tension d'entrée 105 à la porte du transistor NMOS 507 du premier dispositif d'amplification 508 corresponde ou dépasse environ une et demie chute de tension de diode au- dessous du premier pôle d'alimentation 102. Dans le mode de réalisation préféré de l'autre étage de sortie 700 de la figure 7, le premier dispositif d'amplification ) 508 est alimenté et fournit le premier courant amplifié 515 lorsque la tension d'entrée 105 à la porte du transistor NMOS 507 du premier dispositif d'amplification 508 dépasse environ +VBB-1,2 V. Lorsque la tension d'entrée à la porte du transistor NMOS 507 du premier dispositif d'amplification 508 tombe au- dessous d'environ +VBB-1,2 V, le premier dispositif d'amplification 508 est

remis hors tension.

Le second interrupteur 704 inclut un second i dispositif de commutation 716. Le second dispositif de commutation 716 comporte un transistor PMOS 717, couplé au second dispositif d'amplification 510 dans une configuration par paires différentielle. Le transistor PMOS 717 du second dispositif de commutation 716 comporte I une porte, un drain couplé au second pôle d'alimentation 104 et une source, couplée à la source du transistor PMOS 509 du second dispositif d'amplification 510. Le second dispositif de commutation 716 comporte une cinquième source de courant 718, couplée aux sources des transistors PMOS 509, 717 du second dispositif d'amplification 510 et au second dispositif de commutation 716, respectivement, permettant la polarisation de la configuration par paires différentielle. La cinquième source de courant 718 peut

2) être réalisée par un transistor PMOS.

Le second interrupteur 704 comporte un second dispositif de polarisation de l'interrupteur 720, couplé au second dispositif de commutation 716. Le second dispositif de polarisation de l'interrupteur 720 comprend un transistor PNP 721 ayant une base, un collecteur et un émetteur, couplé à la porte du transistor PMOS 717 du second dispositif de commutation 716. La base est couplée au collecteur pour réaliser une chute de tension de diode à travers le transistor PNP 721. Le second dispositif de polarisation de l'interrupteur 720 comprend une seconde résistance 722, couplée entre le collecteur du transistor PNP 721 et le second pôle d'alimentation 104. La seconde résistance 722 est conçue pour fournir environ la moitié d'une chute de tension de diode. Le second dispositif de polarisation de l'interrupteur 720 comprend une sixième source de courant 724, couplée entre le premier pôle d'alimentation 102 et la porte du transistor PMOS 717 du second dispositif de commutation 716. La sixième source de courant 724, qui peut être réalisée par un transistor PMOS, polarise le second dispositif de polarisation de

l'interrupteur 720 en fonction.

Le second interrupteur 704 empêche le second dispositif d'amplification 510 de générer le second 1() courant amplifié 516 jusqu'à ce que la tension d'entrée approche de la limite inférieure +0,8 v de la plage de tension du tampon 210. La seconde résistance 722 et le transistor PNP 721 du second dispositif de polarisation de l'interrupteur 720 règlent la tension à la porte du transistor PMOS 717 du second dispositif de commutation

716 à environ une et demie chute de tension de diode au-

dessus du second pôle d'alimentation 104. La configuration par paires différentielle du second interrupteur 704 empêche la mise sous tension du second 2() dispositif d'amplification 510 et fournit le second courant amplifié 516 jusqu'à ce que la tension d'entrée à la porte du transistor PMOS 509 du second

dispositif d'amplification 510 corresponde ou tombe au-

dessous d'environ une et demie chute de tension de diode au-dessus du second pôle d'alimentation 104. Dans le mode de réalisation préféré de l'autre étage de sortie 700 de la figure 7, le second dispositif d'amplification 510 est alimenté et fournit le second courant amplifié 516 lorsque la tension d'entrée 105 à la porte du transistor

PMOS du second dispositif d'amplification 508 tombe au-

dessous d'environ +1,2 V. Lorsque la tension d'entrée à la porte du transistor PMOS 509 du second dispositif d'amplification 510 dépasse environ 1,2 V, le second

dispositif d'amplification 510 est remis hors tension.

La figure 8 est une illustration sous forme de diagramme séquentiel d'un procédé d'amplification de la tension d'entrée 105 en une tension de sortie 520 et un courant de sortie 117 (collectivement, le signal de sortie) pour conduire une charge, couplée à un étage de sortie d'amp op, tel que l'étage de sortie 418 ou 700. A l'origine, à l'étape 800, la tension d'entrée 105 est reçue à l'entrée 106 de l'étage de sortie 418, 700, décrit sur les figures 5 et 7. Si la tension d'entrée 105 se situe dans la plage de tension du tampon 210 (voir la figure 6), comprise entre 0,8 V et +VBB-0,8 V, comme il a été déterminé à l'étape décisive 802, le signal de sortie est généré tout d'abord par les premier et second dispositifs tampons 108, 110 du tampon 100 à l'étape 804, puis sorti à la sortie 116 à l'étape 808. Le transistor NPN 501 du premier dispositif tampon 108 fournit le courant à la sortie 116 lorsque la tension d'entrée 105 est comprise entre environ +VBB/2 et environ +VBB-0, 8 V. Le transistor PNP 504 du second dispositif tampon 110 absorbe le courant à la sortie 116 lorsque la tension d'entrée 105 est comprise entre environ +VBB/2 et environ

0,8 V.

Si la tension d'entrée 105 n'est pas comprise dans

la plage de tension du tampon 210 qui va de 0,8 V à +VBB-

0,8 V, comme il a été déterminé à l'étape décisive 802, le signal de sortie est généré tout d'abord par les premier et second dispositifs d'amplification 508, 510 de l'amplificateur de courant 500 à l'étape 806, puis sorti à la sortie 116 à l'étape 808. Le transistor NMOS 507 fournit le premier courant amplifié 515 lorsque la tension d'entrée 105 est comprise entre environ +VBB-0,8 V et environ +VBB-0,2 V. Le transistor PMOS 509 fournit le second courant amplifié 516 lorsque la tension d'entrée 105 est comprise entre environ 0,2 V et environ

0,8 V.

Bien que décrits comme une réalisation BICMOS, on aura noté que l'amplificateur de courant 500 et les premier et second dispositifs de commutation 702, 704 peuvent être réalisés dans une autre technologie de circuits intégrés analogiques, par exemple les technologies classiques CMOS ou bipolaire. De même, le tampon 100, représenté comme une réalisation avec I( dispositifs bipolaires, peut être réalisé en utilisant

une autre technologie, par exemple CMOS.

En résumé, un étage de sortie pour un amplificateur opérationnel, alimenté par un premier et un second pôles d'alimentation et comportant une partie tampon et une JI partie amplification, fournit une faible impédance de sortie, tout en étant capable d'effectuer une fluctuation approximative d'un pôle à l'autre. La partie tampon comporte des premier et second transistors tampons, ayant chacun une base, couplée à une entrée de l'étage de ) sortie et un émetteur, couplé à une sortie de l'étage de sortie, permettant fournir une sortie de faible impédance. Les premier et second transistors tampons sont polarisés en cours de fonctionnement par des premier et second dispositifs de polarisation, respectivement. En raison des caractéristiques électriques des premier et second transistors tampons, la partie tampon est limitée pour produire une charge conduisant le signal de sortie, lorsque la tension d'entrée est éloignée d'au moins une chute de tension de diode du premier ou du second pôle 3( d'alimentation. En couplant la partie amplification entre l'entrée et la sortie, l'étage de sortie peut délivrer la charge conduisant le signal de sortie pour les tensions d'entrée comprises dans une chute de tension de diode du premier ou du second pôle d'alimentation. La partie amplification comprend un premier transistor d'amplification qui fournit un premier courant amplifié à la sortie, permettant fournir la charge conduisant le signal de sortie, lorsque la tension d'entrée est comprise dans une chute de tension de diode du premier pôle d'alimentation. Un second transistor d'amplification de la partie amplification fournit un second courant amplifié à la sortie, pour fournir la charge conduisant le signal de sortie, lorsque la tension d'entrée est1( comprise dans une chute de tension de diode du second pôle d'alimentation. Les premier et second transistors de

polarisation garantissent que les premier et second transistors tampons restent alimentés, pendant que les premier et second transistors d'amplification fournissent15 les courants amplifiés, garantissant ainsi une sortie de faible impédance.

Claims (10)

Revendications:

1. Etage de sortie (418) pour un amplificateur opérationnel (403), l'étage de sortie étant caractérisé par: un premier pôle d'alimentation (102) et un second pôle d'alimentation (104) connectés à une source de courant (320) permettant de faire fonctionner l'étage de sortie, une différence de tension entre le premier pôle d'alimentation et le second pôle d'alimentation définissant une plage de tension maximale (208); une entrée (106) permettant de recevoir une tension d'entrée (105); une sortie (116) permettant de fournir un signal de sortie amplifié (520); un tampon (100) couplé entre l'entrée et la sortie permettant d'amplifier la tension d'entrée en signal de sortie amplifié, lorsque la tension d'entrée est comprise dans la plage de tension du tampon (210), la plage de tension du tampon étant contenue dans la plage de tension maximale; et un amplificateur de courant (500), couplé entre l'entrée et la sortie permettant d'aider le tampon à amplifier la tension d'entrée en signal de sortie amplifié, lorsque la tension d'entrée sort de la plage de tension du tampon, mais est comprise dans la plage de

tension maximale.

2. Etage de sortie selon la revendication 1 caractérisé en outre par: 3() un interrupteur (702, 704), couplé à l'amplificateur de courant permettant de mettre hors tension l'amplificateur de courant lorsque la tension d'entrée est comprise dans la plage de tension du tampon et permettant de le mettre sous tension lorsque la tension d'entrée sort de la plage

de tension du tampon.

3. Etage de sortie selon la revendication 1 caractérisé en ce que le tampon est un circuit symétrique ayant un premier dispositif tampon (108) et un second dispositif tampon (110), le premier dispositif tampon fonctionnant pour fournir le signal de sortie amplifié, lorsque la tension d'entrée est comprise dans la plage de tension du tampon et approche du premier pôle 1< d'alimentation, le second dispositif tampon fonctionnant pour fournir le signal de sortie amplifié, lorsque la tension d'entrée est comprise dans la plage de tension du

tampon et approche du second pôle d'alimentation.

4. Etage de sortie selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'amplificateur de courant est un circuit à fluctuation d'un pôle à l'autre, ayant un premier dispositif de fluctuation (508) et un second dispositif de fluctuation (510), le premier dispositif de fluctuation aidant le second dispositif tampon, de façon ) à fournir le signal de tension amplifié lorsque la tension d'entrée sort de la plage de tension du tampon et approche du premier pôle d'alimentation, le second dispositif de fluctuation aidant le premier dispositif tampon, de façon à fournir le signal de tension amplifié lorsque la tension d'entrée sort de la plage de tension

du tampon et approche du second pôle d'alimentation.

5. Etage de sortie selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'amplificateur de courant est un circuit à fluctuation d'un pôle à l'autre, ayant un premier dispositif de fluctuation (508) et un second dispositif de fluctuation (510), le premier dispositif de fluctuation aidant le tampon de façon à fournir le signal de tension amplifié lorsque la tension d'entrée sort de la plage de tension du tampon et approche du premier pôle d'alimentation, le second dispositif de fluctuation aidant le tampon, de façon à fournir le signal de tension amplifié lorsque la tension d'entrée sort de la plage de tension du tampon et approche du second pôle d'alimentation.

6. Etage de sortie selon la revendication 1 caractérisé en ce que le tampon comporte: un premier transistor tampon (50{) permettant de fournir le signal de sortie amplifié, lorsque la tension 1> d'entrée est comprise dans la plage de tension du tampon et approche du premier pôle d'alimentation, le premier transistor tampon ayant une base, un émetteur et un collecteur, le collecteur étant couplé au premier pôle d'alimentation et l'émetteur étant couplé à la sortie; un second transistor tampon (504) permettant de fournir le signal de sortie amplifié, lorsque la tension d'entrée est comprise dans la plage de tension du tampon et approche du second pôle d'alimentation, le second transistor tampon ayant une base, un émetteur et un collecteur, le collecteur étant couplé au second pôle d'alimentation et l'émetteur étant couplé à la sortie; un premier transistor de polarisation (502) ayant une base, un collecteur et un émetteur, la base étant couplée à l'entrée, le collecteur étant couplé au second pôle d'alimentation, l'émetteur étant couplé au premier pôle d'alimentation et à la base du premier transistor tampon (501); et un second transistor de polarisation (505) ayant une base, un collecteur et un émetteur, la base étant couplée à l'entrée, le collecteur étant couplé au premier pôle d'alimentation, l'émetteur étant couplé au second pôle d'alimentation et à la base du second transistor

tampon (504).

7. Etage de sortie selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'amplificateur de courant comporte: un premier transistor d'amplification (507) ayant une porte, une source et un drain, la porte étant couplée à l'entrée, la source étant couplée au second pôle d'alimentation et le drain étant couplé à l'émetteur du second transistor tampon, le premier transistor d'amplification fournissant un premier courant de sortie 1< (515) à l'émetteur du second transistor tampon pour aider le tampon à fournir le signal de sortie amplifié, lorsque la tension d'entrée sort de la plage de tension du tampon et approche du premier pôle d'alimentation; et un second transistor d'amplification (509) ayant une porte, une source et un drain, la porte étant couplée à l'entrée, la source étant couplée au premier pôle d'alimentation et le drain étant couplé à l'émetteur du premier transistor tampon, le second transistor d'amplification fournissant un second courant de sortie (516) à l'émetteur du premier transistor tampon pour fournir le signal de sortie amplifié, lorsque la tension d'entrée sort de la plage de tension du tampon et

approche du second pôle d'alimentation.

8. Etage de sortie selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'amplificateur de courant comporte: un premier transistor d'amplification (507) ayant une porte, une source et un drain, la porte étant couplée à l'entrée, la source étant couplée au second pôle 0 d'alimentation et le drain étant couplé au tampon, le premier transistor d'amplification fournissant un premier courant de sortie (515) au tampon pour fournir le signal de sortie amplifié, lorsque la tension d'entrée sort de la plage de tension du tampon et approche du premier pôle d'alimentation; et un second transistor d'amplification (509) ayant une porte, une source et un drain, la porte étant couplée à l'entrée, la source étant couplée au premier pôle d'alimentation et le drain étant couplé au tampon, le second transistor d'amplification fournissant un second courant de sortie (516) au tampon pour fournir le signal de sortie amplifié, lorsque la tension d'entrée sort de la plage de tension du tampon et approche du second pôle d'alimentation.

9. Etage de sortie selon la revendication 1 caractérisé en ce que le premier pôle d'alimentation est d'environ 3 V et le second pôle d'alimentation est la

terre.

10. Circuit intégré comportant un substrat (430), le substrat étant caractérisé par: un circuit d'amplificateur opérationnel (403) comprenant ) un premier pôle d'alimentation (102) et un second pôle d'alimentation (104) connectés à une source de courant (320) permettant de faire fonctionner le circuit de l'amplificateur opérationnel, une différence de tension entre le premier pôle d'alimentation et le second pôle d'alimentation définissant une plage de tension maximale (208); une entrée permettant de recevoir le signal d'entrée

(308);

une sortie permettant de fournir un signal de sortie 3) amplifié (315) de faible impédance; un étage d'entrée (414) couplé à l'entrée; et un étage de sortie (418) couplé à l'étage d'entrée et à la sortie, l'étage de sortie comprenant: un tampon (100) permettant d'amplifier une tension d'entrée (105) du signal d'entrée en signal de sortie amplifié, lorsque la tension d'entrée est comprise dans la plage de tension du tampon (210), elle-même contenue dans la plage de tension maximale; et un amplificateur de courant (500) couplé pour aider le tampon à amplifier la tension d'entrée en signal de sortie amplifié lorsque la tension d'entrée sort de la plage de tension du tampon, mais est comprise dans la

1( plage de tension maximale.