FR2802316A1

FR2802316A1 - Control of low-power current source for double low-voltage supply, for use with electronic circuits such as differential amplifier

Info

Publication number: FR2802316A1
Application number: FR9915464A
Authority: FR
Inventors: Philippe Messager
Original assignee: Microcomposants de Haute Securite SAS MHS
Current assignee: Microcomposants de Haute Securite SAS MHS
Priority date: 1999-12-08
Filing date: 1999-12-08
Publication date: 2001-06-15
Anticipated expiration: 2019-12-08
Also published as: FR2802316B1

Abstract

The low-voltage supply, which is voltage-controlled, is designed to give on the basis of an external supply voltage (Vcc), which can vary between two values (Vccmin, Vccmax), an output voltage (Vout) stabilized with respect to the temperature of functioning, the value of external supply voltage, and the manufacturing method. The device comprises a reference voltage generator (1), which is subjected to the external supply voltage (Vcc) and outputs a reference voltage (Vref), low and controlled, whose value is below that of the minimum value (Vccmin) of external supply voltage, and at least a second voltage generator (2) connected in cascade with the reference voltage generator (1). The second voltage generator (2) is designed to give the output voltage (Vout), whose value is constant and substantially higher than that of the input reference voltage (Vref), and a current (lout) of determined value, which is directed to a constant current source of differential amplifier. The second voltage generator (2) comprises an operational amplifier (3), whose first input (E1) is connected directly to the output of reference voltage generator (1), and the output (S1) connected by a feedback circuit comprising resistors (R'1, R'2) to the second input (E2) of operational amplifier. The reference voltage generator (1) is an electronic circuit of bandgap type. An electronic circuit of low power such as a differential amplifier connected as a load also requires a third voltage generator, which is connected in parallel with the second voltage generator, for the provision of biasing voltage, and comprises a constant current source with two MOS transistors. The third voltage generator outputs a voltage which is below that of the second voltage generator, and the difference between two voltages is sufficiently close to the threshold voltage of transistor in the constant current source. The third voltage generator has a structure analogous to that of the second voltage generator.

Description

Controle de source de courant basse consommation par double alimentation basse tension régulée en tension La présente invention concerne alimentations basse tension régulées en tension, et plus particulièrement celles qui sont destinées à produire, partir d'un potentiel d'alimentation externe susceptible de varier entre une valeur minimale et une valeur maximale, un potentiel de sortie prédéterminé qui est stable quels que soient la température de fonctionnement de l'alimentation, la valeur du potentiel d'alimentation externe et le procédé de fabrication. Low power control consumption per double low voltage supply The present invention relates to voltage-regulated low voltage supplies, and more particularly those intended to produce, from a supply potential. external source capable of varying between a minimum value and a maximum value, a predetermined output potential that is stable regardless of the operating temperature of the supply, the value of the external supply potential and the manufacturing method.

De telles alimentations sont particulièrement adaptées pour fournir un potentiel d'alimentation stable à un circuit électronique, tel que par exemple un amplificateur différentiel, de manière à diminuer sa consommation électrique et à stabiliser son fonctionnement. Such power supplies are particularly suitable for providing a stable supply potential to an electronic circuit, such as for example a differential amplifier, so as to reduce its power consumption and stabilize its operation.

A l'heure actuelle, il existe de nombreuses alimentations régulées en tension, telles que notamment celles utilisant une diode Zener, un ou plusieurs transistors, une contre réaction de tension ou encore un amplificateur opérationnel. Elles sont constituées généralement par un circuit unique qui se compose d'un générateur de tension de référence, d'un amplificateur d'erreur et d'un élément de commande de puissance. Ces différents sous-ensembles sont connectés en une boucle de contre réaction négative de telle sorte le potentiel fourni au circuit électronique en charge contrôlé, et que courant fourni à ce dernier augmente lorsque la charge diminue, si bien que le potentiel de charge reste constant. Dans l'absolu, les alimentations de ce type sont sensées delivrer un potentiel de sortie fixe quelles que soient variations de trois grandeurs, à savoir leur potentiel d'entrée, le courant débité vers le circuit électronique en charge et leur température de fonctionnement. Mais en réalité, elles n'assurent fonction d'alimentation que pour une certaine plage variation de ces trois grandeurs, cette plage étant en outre soumise à certaines variations qui sont dues, d'une part, caractère non idéal des différents sous-ensembles constitutifs de ces alimentations et, d'autre part, variations du courant appelé par le circuit électronique charge. At present, there are many voltage-regulated power supplies, such as in particular those using a Zener diode, one or more transistors, a voltage feedback or an operational amplifier. They are generally constituted by a single circuit which consists of a reference voltage generator, an error amplifier and a power control element. These different subassemblies are connected in a negative feedback loop so that the potential supplied to the electronic circuit under controlled load, and current supplied to the latter increases as the load decreases, so that the charging potential remains constant. In absolute terms, power supplies of this type are expected to deliver a fixed output potential regardless of variations of three quantities, namely their input potential, the current delivered to the electronic circuit under load and their operating temperature. But in reality, they only serve as a supply function for a certain variation range of these three quantities, this range being furthermore subject to certain variations which are due, on the one hand, to the non-ideal character of the different constituent sub-assemblies. of these power supplies and, on the other hand, variations of the current called by the electronic circuit load.

alimentations de ce type ne permettent donc ni de diminuer de manière satisfaisante la consommation du circuit, ' de stabiliser le fonctionnement de ce dernier. Power supplies of this type therefore make it possible neither to satisfactorily reduce the consumption of the circuit, to stabilize the operation of the latter.

Une autre solution utilisée couramment dans pratique pour diminuer la consommation d'un circuit électronique consiste à chercher naturellement à rendre courant d'alimentation le plus petit possible. Dans le cas d'un circuit électronique qui présente une plage de fonctionnement caractéristique dans laquelle, par exemple, le potentiel d'alimentation Vcc est compris entre 2,7V et 5,5V, la température de fonctionnement T est comprise entre -55 et 145 , et le procédé de fabrication des composants varie entre un procédé lent et un procédé rapide , c'est-à-dire conduisant à un temps de réponse Tr du circuit compris entre 20ns et 80ns, on effectue un réglage extrême de ce circuit pour qu'il puisse être utilisé dans des conditions de fonctionnement minimales. C'est-à-dire qu'on fixe Vcc à 2,7V et T à 145 pour un procédé de fabrication lent où Tr=80ns). Un exemple pratique a montré qu'en procédant cette manière, le courant consommé par le circuit était égal à 0,2mA, pour un temps de réponse de 40ns lors d'un procédé de fabrication lent . Another solution commonly used in practice to reduce the consumption of an electronic circuit is to naturally seek to make power supply as small as possible. In the case of an electronic circuit which has a characteristic operating range in which, for example, the supply potential Vcc is between 2.7V and 5.5V, the operating temperature T is between -55 and 145 , and the method of manufacturing the components varies between a slow process and a fast process, that is to say leading to a response time Tr of the circuit of between 20 ns and 80 ns, an extreme adjustment of this circuit is carried out so that it can be used under minimum operating conditions. That is, Vcc is set at 2.7V and T at 145 for a slow manufacturing process where Tr = 80ns). A practical example showed that in doing so, the current consumed by the circuit was equal to 0.2mA, for a 40ns response time in a slow manufacturing process.

Mais l'inconvénient de ce type de réglage réside dans le fait que le circuit électronique consomme beaucoup de courant lorsqu'il est utilisé dans des conditions de fonctionnement maximales, à savoir à VCC=5,5V, à T=-55 pour un procède de fabrication rapide (d'où Tr=20ns). Un exemple pratique a en effet montré que le courant consommé par le circuit était égal à 6mA, pour un temps de réponse de 1,2ns. But the disadvantage of this type of adjustment lies in the fact that the electronic circuit consumes a lot of current when it is used under maximum operating conditions, namely at VCC = 5.5V, at T = -55 for a procedure. fast manufacturing (hence Tr = 20ns). A practical example has indeed shown that the current consumed by the circuit was equal to 6mA, for a response time of 1.2ns.

Un autre inconvénient de ce type de réglage réside dans l'instabilité des performances dynamiques de ce circuit, laquelle est due aux variations de sa plage de fonctionnement caractéristique. Si par exemple on règle le circuit telle sorte qu'il soit soumis à un potentiel d'alimentation de 2,7V et qu'il présente un temps de réponse de 78ns, il se peut qu'en soumettant par la suite le circuit à 5,5V, celui présente un temps de réponse 20ns, lequel est situe en dehors de sa plage de fonctionnement caractéristique. Le rendement du circuit s' trouvera par conséquent dégradé. Another disadvantage of this type of adjustment lies in the instability of the dynamic performance of this circuit, which is due to variations in its characteristic operating range. If, for example, the circuit is set so that it is subjected to a 2.7V supply potential and has a response time of 78ns, it may be that subsequently , 5V, that has a 20ns response time, which is outside its characteristic operating range. The output of the circuit will therefore be degraded.

Dans le cas où l'alimentation du type en question est associée à une charge qui est constituée par un amplificateur différentiel, il est connu, pour diminuer la consommation en courant de cet amplificateur, de commander par une tension fixe la source de courant ce dernier, laquelle constituée généralement par un transistor MOS à effet de champ, tel que par exemple un transistor à canal P, qui est monté en miroir de courant. A cet effet, on polarise grille de chaque transistor à canal P par une tension supérieure à OV. Cette tension de polarisation est obtenue moyen de deux transistors MOS à canal P montés en diode entre, d'une part, les grilles respectives des transistors à canal P de la source de courant et, d'autre part, les sources respectives de ces derniers. La tension de polarisation minimale obtenue (c'est-à-dire la tension grille-source de la source de courant) sera donc égale à la différence entre la tension d'alimentation de la source de courant et la somme des tensions de seuil respectives des transistors montés en diode. Si par exemple, la source de courant est alimentée par une tension de 2,7V, tension de polarisation est donc égale à 2,7 - (2x0,7)= 3V. Compte tenu du fait que la pente de la caractéristique transfert courant drain-source en fonction de la tension grille- source d'un transistor MOS à effet de champ croît fortement avec sa tension grille-source, une tension grille- source de 1,4V est associée à un courant drain-source relativement élevé. De ce fait, les transistors de la source de courant vont consommer beaucoup de courant. En outre, un tel montage en diodes de transistors à canal P ne s'avère pas très précis car la tension de polarisation minimale aux bornes de ces transistors est sensible aux variations de leur tension de seuil, laquelle peut varier sensiblement d'un transistor à l'autre. In the case where the power supply of the type in question is associated with a load which is constituted by a differential amplifier, it is known, to reduce the power consumption of this amplifier, to control by a fixed voltage the current source the latter. which generally consists of a field effect MOS transistor, such as for example a P-channel transistor, which is mounted in current mirror. For this purpose, the grid of each P-channel transistor is biased by a voltage greater than OV. This bias voltage is obtained by means of two diode-mounted P-channel MOS transistors between, on the one hand, the respective gates of the P-channel transistors of the current source and, on the other hand, the respective sources thereof. . The minimum polarization voltage obtained (that is, the gate-source voltage of the current source) will therefore be equal to the difference between the supply voltage of the current source and the sum of the respective threshold voltages. transistors mounted diode. If, for example, the current source is powered by a voltage of 2.7V, the bias voltage is 2.7 - (2x0.7) = 3V. Given that the slope of the drain-source current transfer characteristic as a function of the gate-source voltage of a field-effect MOS transistor increases greatly with its gate-source voltage, a gate-source voltage of 1.4V is associated with a relatively high drain-source current. As a result, the transistors of the current source will consume a lot of current. In addition, such a diode arrangement of P-channel transistors is not very accurate because the minimum bias voltage at the terminals of these transistors is sensitive to variations in their threshold voltage, which may vary substantially from a transistor to a transistor. the other.

La présente invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients précités en améliorant la stabilité des alimentations basse tension régulées en tension, quels que soient leur potentiel d'alimentation externe et leur température de fonctionnement. The present invention is intended in particular to overcome the aforementioned drawbacks by improving the stability of voltage-regulated low voltage supplies, regardless of their external supply potential and their operating temperature.

A cet effet, l'alimentation basse tension régulée en tension selon la présente invention comprend - un premier générateur de tension de référence soumis au potentiel d'alimentation externe et adapté pour fournir en sortie un potentiel de référence bas et régule, de valeur d'amplitude inférieure à la valeur minimale potentiel d'alimentation externe, ce premier générateur pouvant pas délivrer de courant, et - au moins un second générateur de tension monté en cascade avec le premier générateur de tension de référence, ce second générateur de tension étant destiné à produire, à partir du potentiel de référence délivré par le premier générateur tension de référence, le potentiel de sortie, de telle sorte que celui-ci ait une valeur fixe sensiblement supérieure potentiel de référence, ainsi qu'un courant de valeur d'intensité déterminée suivant la charge. For this purpose, the voltage-regulated low-voltage power supply according to the present invention comprises - a first reference voltage generator subjected to the external supply potential and adapted to output a low reference potential and regulates, with a value of amplitude lower than the minimum potential external supply voltage, this first generator can not deliver current, and - at least one second voltage generator cascaded with the first reference voltage generator, this second voltage generator being intended for generating, from the reference potential delivered by the first reference voltage generator, the output potential such that the latter has a fixed value that is substantially greater than the reference potential, as well as a current with a determined intensity value according to the charge.

Dans des modes de réalisation préférés de l'invention on a recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes - le second générateur de tension (multiplieur tension) comprend un amplificateur opérationnel ayant première entrée qui est directement reliée à la sortie premier générateur de tension, et une sortie qui délivre potentiel de sortie, lequel est réinjecté vers une seconde entrée de l'amplificateur opérationnel par un circuit de réaction (pont diviseur); - le premier générateur de tension de référence est un circuit electronique de type bandgap ; - circuit électronique en charge l'alimentation selon la présente invention est amplificateur différentiel qui comprend une source courant comportant au moins un transistor, lequel a première connexion reliée à la sortie du second générateur de tension de manière à être soumise au potentiel de sortie délivré par celui-ci, ce qui permet ainsi de supprimer toute variation du potentiel d'alimentation de l'amplificateur différentiel qui est liée variations du potentiel d'alimentation externe, et une seconde connexion reliée à la sortie d'un troisième générateur de tension qui est monté en parallèle avec le second génerateur de tension à la sortie du premier générateur de tension de référence, le troisième générateur de tension étant conçu pour soumettre la seconde connexion du transistor à un potentiel fixe dont la valeur d'amplitude est déterminée telle sorte que la valeur d'amplitude de la différence de potentiel entre la première et la seconde connexion du transistor soit suffisamment proche de celle de la tension de seuil du transistor pour minimiser la valeur de l'intensité du courant qui traverse ce dernier : ce troisième générateur délivre un courant de valeur sensiblement nulle il génère une tension de polarisation ; - le transistor de la source de courant de l'amplificateur opérationnel est un transistor MOS à effet de champ dont le drain constitue ladite première connexion et dont la grille constitue ladite seconde connexion ; - le troisième générateur de tension a une structure analogue à celle du second générateur de tension. In preferred embodiments of the invention, one and / or the other of the following provisions is used: the second voltage generator (voltage multiplier) comprises an operational amplifier having a first input which is directly connected to the output first voltage generator, and an output that delivers output potential, which is fed back to a second input of the operational amplifier by a feedback circuit (divider bridge); the first reference voltage generator is an electronic circuit of the bandgap type; electronic circuit in charge of the power supply according to the present invention is a differential amplifier which comprises a current source comprising at least one transistor, which first connection is connected to the output of the second voltage generator so as to be subjected to the output potential delivered by the latter, which thus makes it possible to eliminate any variation in the supply potential of the differential amplifier which is related to variations in the external supply potential, and a second connection connected to the output of a third voltage generator which is connected in parallel with the second voltage generator at the output of the first reference voltage generator, the third voltage generator being designed to subject the second connection of the transistor to a fixed potential whose amplitude value is determined such that the amplitude value of the potential difference between the first and the second connection of the transistor is sufficiently close to that of the threshold voltage of the transistor to minimize the value of the intensity of the current flowing through it: this third generator delivers a current of substantially zero value it generates a bias voltage; the transistor of the current source of the operational amplifier is a field effect MOS transistor whose drain constitutes said first connection and whose gate constitutes said second connection; the third voltage generator has a structure similar to that of the second voltage generator.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'une de ses formes de réalisation, données à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints. Other features and advantages of the invention will become apparent during the following description of one of its embodiments, given by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings.

Sur les dessins - la figure 1 est un schéma de l'alimentation selon la présente invention ; - la figure 2 est un schéma du premier générateur de référence constitutif de l'alimentation de la figure 1 ; - la figure 3 représente un exemple d'association de l'alimentation de la figure 1 avec une charge, telle 'un amplificateur différentiel. In the drawings - Figure 1 is a diagram of the power supply according to the present invention; FIG. 2 is a diagram of the first constituent reference generator of the power supply of FIG. 1; FIG. 3 represents an example of a combination of the power supply of FIG. 1 with a load, such as a differential amplifier.

En référence à la figure 1, l'alimentation basse tension régulée en tension selon la présente invention comprend deux générateurs de tension 1 et 2 montés en cascade. With reference to FIG. 1, the voltage-regulated low voltage power supply according to the present invention comprises two voltage generators 1 and 2 connected in cascade.

Le premier générateur de tension 1 est constitué par une source de tension de référence soumise à un potentiel d'alimentation externe Vcc qui est susceptible de varier entre une valeur minimale VCCmin, et une valeur maximale ladite source de tension étant adaptée pour délivrer potentiel de référence VREF aussi indépendant que possible la température, de la valeur d'amplitude du potentiel alimentation externe Vcc et du procédé de fabrication. The first voltage generator 1 is constituted by a reference voltage source subjected to an external supply potential Vcc which is capable of varying between a minimum value VCCmin, and a maximum value, said voltage source being adapted to deliver reference potential. VREF as independent as possible the temperature, the amplitude value of the external supply potential Vcc and the manufacturing process.

Dans l'exemple représenté, VCcmin=2V et VCcmax=5, 5V. In the example shown, VCcmin = 2V and VCcmax = 5.5V.

Un exemple d'une tel générateur de potentiel de référence est représenté schématiquement sur la figure 2. Ce dernier est réalisé sous la forme d'un circuit intégré. I1 est largement utilisé dans la technique antérieure et fournit un potentiel de référence relativement stable Ce générateur est connu sous le nom de source de tension de référence à bandgap , le mot bandgap étant un mot d'origine anglaise désignant l'énergie de passage des électrons la bande de conduction à la bande de valence dans le semiconducteur utilisé. Cette énergie dépend de manière connue de la température. Les sources de référence de ce type utilisent la dépendance de certains paramètres de circuit en fonction de cette énergie et donc de la température, pour réaliser, par des compensations appropriées, une tension de référence relativement stable. Le circuit de la figure 2 comprend essentiellement deux transistors bipolaires Tl, T2 montés en diode, trois résistances R1, R2, R3, et un amplificateur opérationnel A0. An example of such a reference potential generator is shown schematically in Figure 2. The latter is realized in the form of an integrated circuit. It is widely used in the prior art and provides a relatively stable reference potential. This generator is known as the bandgap reference voltage source, the word bandgap being a word of English origin designating the energy of electron passage. the conduction band at the valence band in the semiconductor used. This energy depends in a known manner on the temperature. Reference sources of this type use the dependence of certain circuit parameters as a function of this energy and therefore of the temperature, to achieve, by appropriate compensations, a relatively stable reference voltage. The circuit of FIG. 2 essentially comprises two diode-mounted bipolar transistors T1, T2, three resistors R1, R2, R3, and an operational amplifier A0.

amplificateur A0, qui est soumis au potentiel d'alimentation externe Vcc, comprend une entrée inverseuse reliée collecteur du transistor bipolaire T2, et une entrée non inverseuse reliée à la résistance Rl qui est elle-même reliée au collecteur du transistor bipolaire T1. La résistance R3, quant à elle, permet l'initialisation du circuit lors d'une montée du potentiel d'alimentation externe Vcc. Le potentiel de référence VREF stable en fonction de la température, du potentiel d'alimentation externe Vcc, et du procédé de fabrication, est fourni en sortie S circuit. amplifier A0, which is subjected to the external supply potential Vcc, comprises a collector-connected inverting input of the bipolar transistor T2, and a non-inverting input connected to the resistor R1 which is itself connected to the collector of the bipolar transistor T1. The resistor R3, in turn, allows the initialization of the circuit during a rise of the external supply potential Vcc. The reference potential VREF stable as a function of the temperature, the external supply potential Vcc, and the manufacturing method, is provided at the output S circuit.

stabilité du potentiel de référence VREF repose en particulier sur un choix approprié des surfaces de jonction des deux transistors bipolaires Tl, T2, et des valeurs de R1

stability of the reference potential VREF is based in particular on a suitable choice of the junction surfaces of the two bipolar transistors T1, T2, and R1 values.

et <SEP> R2. <SEP> VREF=Vbe2 <SEP> + <SEP> 2 <SEP> x <SEP> R2 <SEP> ln <SEP> (I2 <SEP> ) <SEP> VT, <SEP> où <SEP> et <SEP> VT <SEP> sont
<tb> R, <SEP> I, respectivement la tension base-émetteur et tension de seuil du transistor T2, et I1 et 12 les courants circulant respectivement dans les résistances Rl et R2. and <SEP> R2. <SEP> VREF = Vbe2 <SEP> + <SEP> 2 <SEP> x <SEP> R2 <SEP> ln <SEP> (I2 <SEP>) <SEP> VT, <SEP> where <SEP> and <SEP> VT <SEP> are
<tb> R, <SEP> I, respectively the base-emitter voltage and threshold voltage of the transistor T2, and I1 and 12 the currents flowing respectively in the resistors R1 and R2.

Dans l'exemple représenté, Vcc est susceptible de varier entre VCCmin=2V, et Vccmax=5, 5V, Rl=22kQ R2=64, 3kÇZ et R3=100kÇ2. La valeur d'amplitude du potentiel de référence VREF alors obtenue en sortie est de l'ordre 1,25V. In the example shown, Vcc is likely to vary between VCCmin = 2V, and Vccmax = 5, 5V, R1 = 22k R2 = 64, 3k2Z and R3 = 100k2. The amplitude value of the reference potential VREF then obtained at the output is of the order 1.25V.

En référence à nouveau à la figure 1, le second générateur de tension 2 est de préférence constitué par un amplificateur opérationnel 3 qui est monté multiplieur de tension. Cet amplificateur a une entrée non inverseuse E1 qui est reliée directement à la sortie S du premier générateur de tension 1, une entrée inverseuse E2 qui est reliée à la sortie S1 de l'amplificateur par l'intermédiaire d'un pont résistances R'1, R'2, ladite sortie Sl délivrant potentiel de sortie VOUT. L'amplificateur opérationnel 3 constitue ainsi un circuit élévateur de tension qui délivre en sortie le potentiel

Dans l'exemple représenté, E1=E2=VREF-1,2V, R'1=1Mn et R' 2=1, 16MS2. Par conséquent, VOUT=2, -7V. Cette valeur d'amplitude est considérée comme représentative de la valeur minimale du potentiel d'alimentation du circuit que l'on souhaite mettre en charge. Referring again to Figure 1, the second voltage generator 2 is preferably constituted by an operational amplifier 3 which is mounted voltage multiplier. This amplifier has a non-inverting input E1 which is connected directly to the output S of the first voltage generator 1, an inverting input E2 which is connected to the output S1 of the amplifier via a resistor bridge R'1 , R'2, said output Sl delivering output potential VOUT. The operational amplifier 3 thus constitutes a voltage booster circuit which outputs the potential

In the example shown, E1 = E2 = VREF-1.2V, R'1 = 1Mn and R '2 = 1, 16MS2. Therefore, VOUT = 2, -7V. This amplitude value is considered as representative of the minimum value of the supply potential of the circuit that is to be loaded.

L'avantage d'utiliser un tel amplificateur opérationnel en série avec le premier générateur de tension de référence 1 réside dans le fait que cet amplificateur permet de délivrer un potentiel de sortie bas et stable quels que soient la température de fonctionnement, le potentiel d'alimentation externe Vcc, et le procédé de fabrication, puisque le potentiel d'alimentation de cet amplificateur est le potentiel VREF. En outre, l'amplificateur 3 peut délivrer en même temps un courant sortie IppT de valeur d'intensité désirée suivant le circuit en charge, à savoir, dans cet exemple, un courant de l'ordre de quelques centaines de k.A. The advantage of using such an operational amplifier in series with the first reference voltage generator 1 lies in the fact that this amplifier makes it possible to deliver a low and stable output potential whatever the operating temperature, the potential of external power supply Vcc, and the manufacturing method, since the supply potential of this amplifier is the potential VREF. In addition, the amplifier 3 can at the same time deliver an IppT output current of desired intensity value according to the charging circuit, namely, in this example, a current of the order of a few hundred k.A.

Le montage en série de ces deux générateurs tension 1 et 2 permet donc de réaliser une alimentation basse tension régulée en tension qui est particulièrement adaptée pour être associée à une charge, telle qu'un circuit électronique, numérique ou analogique, nécessitant consommation en courant réduite et une stabilité de fonctionnement maîtrisée. I1 en est ainsi, par exemple, des dispositifs de commande d'affichage d'écrans à cristaux liquides dont les sorties analogiques sont nombreuses, ou dispositifs mettant en oeuvre la téléphonie sans fil. The series connection of these two voltage generators 1 and 2 thus makes it possible to produce a voltage-regulated low voltage power supply which is particularly suitable for being associated with a load, such as an electronic, digital or analog circuit, requiring reduced current consumption. and a controlled operating stability. This is the case, for example, LCD display control devices whose analog outputs are numerous, or devices implementing wireless telephony.

On va maintenant décrire en référence à la figure 3, utilisation de l'alimentation basse tension régulée en tension selon la présente invention, dans laquelle le circuit électronique en charge est constitué par un amplificateur différentiel 4, réalisé en technologie CMOS. Cet amplificateur est connu en tant que tel , pour cette raison, son fonctionnement ne sera pas décrit détail. Reference will now be made to FIG. 3, using the voltage-regulated low-voltage power supply according to the present invention, in which the electronic circuit under load consists of a differential amplifier 4, realized in CMOS technology. This amplifier is known as such, for this reason, its operation will not be described detail.

L'amplificateur différentiel 4 comprend essentiel lement deux branches d'amplification différentielles alimentées par une source de courant commune 5. The differential amplifier 4 essentially comprises two differential amplification branches powered by a common current source 5.

La source de courant 5 comprend un premier transistor MOS à canal P, TP' 1, qui est monté en source de courant tout comme le second transistor MOS à canal P, TP'2. The current source 5 comprises a first P-channel MOS transistor TP '1, which is mounted as a current source just like the second P-channel MOS transistor TP'2.

La première branche différentielle comprend deux transistors d'entrée MOS à canal P, TP'3 et '5, qui ont leur source respective reliée en commun drain du transistor TP'1. Par ailleurs, le transistor TP'3 est monté en série avec un transistor de sortie MOS à canal N, TN'1, tandis que le transistor TP'5 est monté en série avec un transistor de sortie MOS à canal N, TN'3, les drains respectifs des transistors TN'1 et TN'3 étant reliés respectivement à la masse. Le transistor TN'3 est monté en miroir de courant sur le transistor TN'1 de manière à recopier le courant qui circule dans les transistors TP'3 et TN'1. The first differential branch comprises two P-channel MOS input transistors, TP'3 and '5, which have their respective source connected in common drain of the transistor TP'1. On the other hand, the transistor TP'3 is connected in series with an N-channel MOS output transistor TN'1 while the transistor TP'5 is connected in series with an N-channel MOS output transistor TN'3 the respective drains of transistors TN'1 and TN'3 being respectively connected to ground. The transistor TN'3 is mounted in current mirror on the transistor TN'1 so as to copy the current flowing in the transistors TP'3 and TN'1.

De manière analogue, la seconde branche différen tielle comprend deux transistors d'entrée MOS à canal P, TP'6 et TP'4, qui ont leur source respective reliée en commun au drain du transistor TP'2. Par ailleurs, le transistor TP'6 est monté en série avec un transistor de sortie MOS à canal N, TN'4, tandis que le transistor TP'4 est monté en série avec un transistor de sortie MOS à canal N, 2, les drains respectifs des transistors TN'4 et TN'2 étant reliés respectivement à la masse. Le transistor TN'2 est monté en miroir de courant sur le transistor TN'4 de maniere à recopier le courant qui circule dans les transistors TP'6 et TN'4. Similarly, the second differential branch comprises two P-channel MOS input transistors, TP'6 and TP'4, which have their respective source connected in common to the drain of transistor TP'2. On the other hand, the transistor TP'6 is connected in series with an N-channel MOS output transistor TN'4, while the transistor TP'4 is connected in series with an N-channel MOS output transistor 2. respective drains of transistors TN'4 and TN'2 being respectively connected to ground. The transistor TN'2 is mounted in current mirror on the transistor TN'4 in order to copy the current flowing in the transistors TP'6 and TN'4.

L'entrée IN+ de la première branche différentielle est constituée par la grille des transistors TP'3 et TP'4, sa sortie OUT+ étant quant à elle constituée par le point de jonction entre le drain du transistor TP'5 et la source du transistor TN'3. De manière analogue, l'entrée IN- de la seconde branche différentielle est constituée par grille des transistors TP' 5 et TP' 6, sa sortie OUT- étant quant à elle constituée par le point de jonction entre le drain du transistor TP'4 et la source du transistor TN' . The input IN + of the first differential branch is constituted by the gate of the transistors TP'3 and TP'4, its output OUT + being constituted by the junction point between the drain of the transistor TP'5 and the source of the transistor TN'3. Similarly, the input IN- of the second differential branch is constituted by the gate of the transistors TP '5 and TP' 6, its output OUT- being formed by the junction point between the drain of the transistor TP'4 and the source of the transistor TN '.

Les sources respectives des transistors TP'1 et TP'2 de source de courant 5 sont reliées en commun, par l'intermédiaire d'un élément de filtrage 6 (figure 1), à la sortieSI de l'alimentation basse tension régulée en tension qui a été décrite ci-dessus en référence aux figures 1 et 2. The respective sources of current source transistors TP'1 and TP'2 are connected together, via a filter element 6 (FIG. 1), to the output IF of the voltage-regulated low voltage supply which has been described above with reference to FIGS. 1 and 2.

Comme on peut le voir sur la figure 1, l'élément de filtrage 6 est par exemple constitué par un transistor MOS à canal N qui est destiné à monter en capacité pour stabiliser le montage. As can be seen in Figure 1, the filter element 6 is for example constituted by an N-channel MOS transistor which is intended to increase capacity to stabilize the mounting.

Par conséquent, la source de courant est soumise avantageusement à un potentiel d'alimentation faible qui est constitué par le potentiel VOUT, lequel, on l'a vu, est stable quels que soient la température de fonctionnement, le potentiel d'alimentation externe Vcc, et le procédé de fabrication. Therefore, the current source is advantageously subjected to a low power potential which is constituted by the potential VOUT, which, as we have seen, is stable whatever the operating temperature, the external supply potential Vcc , and the manufacturing process.

Dans l'exemple représenté sur la figure la source courant 5 est soumise au potentiel d'alimentation -2,7V. In the example shown in the figure, the current source 5 is subjected to the supply potential -2,7V.

Selon la présente invention, on prévoit outre que la source de courant 5 est polarisée par un circuit de polarisation 7 constitué par un troisième générateur de tension qui est d'un type analogue au génerateur de tension 2, et qui, pour cette raison, ne sera à nouveau décrit en détail. According to the present invention, it is furthermore provided that the current source 5 is biased by a bias circuit 7 constituted by a third voltage generator which is of a type similar to the voltage generator 2, and which, for this reason, does not will be described again in detail.

Ce générateur de tension 7 est monté parallèle avec le générateur de tension 2 à la sortie S du générateur de potentiel de référence 1, les générateurs 2 et 7 étant analogues au générateur 2 de la figure 1. This voltage generator 7 is mounted parallel with the voltage generator 2 at the output S of the reference potential generator 1, the generators 2 and 7 being similar to the generator 2 of FIG. 1.

I1 est constitué de préférence par un amplificateur opérationnel (non représenté) ayant notamment une entrée non inverseuse E'1 qui est reliée directement à la sortie S du premier générateur de tension 1 de manière à être soumise au potentiel de référence VREF, et une sortie S'1 qui délivre un potentiel de sortie fixe Vo et qui est reliée aux grilles respectives des transistors MOS à canal P TP'1 et TP'2. I1 is preferably constituted by an operational amplifier (not shown) having in particular a non-inverting input E'1 which is connected directly to the output S of the first voltage generator 1 so as to be subjected to the reference potential VREF, and an output S'1 which delivers a fixed output potential Vo and which is connected to the respective gates of P-channel MOS transistors TP'1 and TP'2.

Compte tenu du fait que le générateur de tension 7 est monté en série avec le générateur de potentiel de référence 1, le potentiel Vo, de la même façon que le potentiel VppT délivré par le générateur de tension 2, est bas et stable, quelles que soient la température de fonctionnement et la valeur d'amplitude du potentiel d'alimentation externe Vcc. In view of the fact that the voltage generator 7 is connected in series with the reference potential generator 1, the potential Vo, in the same way as the potential VppT delivered by the voltage generator 2, is low and stable, whatever the operating temperature and the amplitude value of the external supply potential Vcc.

Par ailleurs, il est fait en sorte que générateur tension 7 délivre un potentiel fixe Vo qui déterminé telle sorte que la valeur d'amplitude VOUT-Vo entre, d'une part, les sources respectives des transistors TP' et TP'2, et, autre part, les grilles respectives de ces derniers, soit très proche de celle de leur tension de seuil VT, laquelle est égale à environ 0,7V. Moreover, it is arranged that voltage generator 7 delivers a fixed potential Vo which is determined such that the amplitude value VOUT-Vo between, on the one hand, the respective sources of transistors TP 'and TP'2, and on the other hand, the respective grids of the latter, very close to that of their threshold voltage VT, which is equal to approximately 0.7V.

Il est également fait en sorte que l'amplificateur opérationnel du générateur de tension 7 délivre sur sa sortie S'1 un très faible courant, lequel est, dans cet exemple, de l'ordre du #tA. Ceci est dû au fait que la tension délivrée par le générateur de tension est une tension de polarisation. It is also ensured that the operational amplifier of the voltage generator 7 delivers on its output S'1 a very low current, which is, in this example, of the order of #tA. This is because the voltage delivered by the voltage generator is a bias voltage.

Dans l'exemple représenté sur la figure 3, Vo=1,6V. La source de courant 5 étant alimentée par un potentiel VOUT de 2, la tension grille-source Vrs de chaque transistor TP' 1 TP' 2 est donc égale 2,7V-1,6V, soit 1,1V. La valeur de cette tension Vis est donc bien plus proche de la tension de seuil VT que la valeur de VAS obtenue dans le dispositif de l' antérieur décrit ci-dessus. Les transistors TP'1 et TP'2 seront donc faiblement passant, tout en ayant un courant drain-source IDs de faible valeur d'intensité, compte tenu de l'allure de la pente de la caractéristique de transfert IDs en fonction de VAS des transistors TP' 1 et T P' 2 . In the example shown in Figure 3, Vo = 1.6V. Since the current source 5 is powered by a potential VOUT of 2, the gate-source voltage Vrs of each transistor TP '1 TP' 2 is therefore equal to 2.7V-1.6V, ie 1.1V. The value of this voltage Vis is therefore much closer to the threshold voltage VT than the value of VAS obtained in the device of the previous described above. The transistors TP'1 and TP'2 will therefore pass slightly, while having a drain-source current IDs of low intensity value, taking into account the shape of the slope of the transfer characteristic IDs as a function of VAS of the transistors TP '1 and TP' 2.

Il en résulte par conséquent une réduction optimale de la consommation en courant de l'amplificateur différentiel 4, ainsi qu'un fonctionnement particulièrement stable de ce dernier. This results in an optimal reduction of the current consumption of the differential amplifier 4, as well as a particularly stable operation of the latter.

Un exemple pratique, qui a été mis en oeuvre avec un amplificateur différentiel 4 conforme à celui de l'art antérieur mentionné ci-dessus, a montré par exemple que lorsque l'amplificateur différentiel 4 était utilisé dans des conditions de fonctionnement maximales, à savoir à Vcc=5, 5V, à T=-55 et à Tr=20ns, le courant consommé par amplificateur était égal à 0,35mA, pour un temps de réponse 25ns. A practical example, which has been implemented with a differential amplifier 4 according to that of the prior art mentioned above, has shown for example that when the differential amplifier 4 was used under maximum operating conditions, namely at Vcc = 5.5V, at T = -55 and at Tr = 20ns, the current consumed per amplifier was equal to 0.35mA, for a 25ns response time.

Ainsi, pour des performances identiques dans conditions de fonctionnement minimales extrêmes identiques, convient de noter que dans des conditions de fonctionnement maximales extrêmes identiques, l'évolution de la consommation en courant de l'amplificateur différentiel 4 est 17 fois moins importante que celle de l'amplificateur différentiel alimenté conformément à la technique anté rieure. Il convient de noter également que dans des conditions de fonctionnement maximales identiques, le temps de réponse de l'amplificateur différentiel 4 varie 25 fois moins que celui de l'amplificateur différentiel alimente conformément à la technique antérieure. Thus, for identical performance under identical extreme minimum operating conditions, it should be noted that under identical extreme maximum operating conditions, the evolution of the current consumption of the differential amplifier 4 is 17 times less than that of the amplifier. differential amplifier powered according to the prior art. It should also be noted that under identical maximum operating conditions, the response time of the differential amplifier 4 is 25 times less than that of the differential amplifier supplied according to the prior art.

On notera enfin que l'alimentation basse tension régulée en tension selon la présente invention se révèle particulièrement avantageuse lorsqu'on souhaite mettre charge plusieurs circuits électroniques, tels que par exemple cent amplificateurs différentiels 4 en parallèle. En effet, dans ce cas, les deux générateurs de tension 2 et 7 sont communs à ces amplificateurs, ce qui présente l'intérêt de préserver le faible encombrement du circuit.Finally, it will be noted that the voltage-regulated low voltage supply according to the present invention is particularly advantageous when it is desired to charge a plurality of electronic circuits, such as, for example, one hundred differential amplifiers 4 in parallel. Indeed, in this case, the two voltage generators 2 and 7 are common to these amplifiers, which has the advantage of preserving the small footprint of the circuit.

Claims

A voltage-regulated low voltage supply for generating, from an external supply potential (Vcc) capable of varying between a minimum value (Vccmin) and a maximum value (Vccmax), a predetermined output potential (VOUT) which is stable whatever the operating temperature of the supply, the value of said external supply potential and the manufacturing method, said supply comprising a first reference voltage generator (1) subjected to the external supply potential (Vcc) and adapted to output a low and regulated reference potential (VREF) of amplitude value less than the minimum value (Vccmin) of said external supply potential, and - at least one second voltage generator (2) mounted in cascade with the first reference voltage generator (1), this second voltage generator being intended to produce, from said reference potential (VREF) delta fed by the first reference voltage generator, the output potential (VOUT), so that it has a fixed value substantially greater than the reference potential (VREF), and a current (IOUT) intensity value determined.

2. Power supply according to claim 1, characterized in that the second voltage generator (2) comprises an operational amplifier (3) having a first input (E1) which is directly connected to the output of the first voltage generator (1), and an output (S1) which delivers the output potential (VAUT), which is fed back to a second input (E2) of the operational amplifier (3) by a feedback circuit (R'1, R'2).

3. Power supply according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the first reference voltage generator (1) is electronic circuit bandgap type.

4. An electronic circuit with low consumption and stable operation, such as in particular a differential amplifier (4), said amplifier being input to a supply potential which is the output potential (VOUT) delivered by the power supply according to the invention. any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a current source (5) comprising at least one transistor (TP'1) which has a first connection connected to the output of the second voltage generator (2) in order to be subjected to the output potential (VOUT) delivered thereby, thereby eliminating any variation in the supply potential of the differential amplifier (4) which is related to the variations of the external supply potential ( Vcc), and a second connection connected to the output of a third voltage generator (7) which is mounted in parallel with the second voltage generator (2) at the output (S) of the first generator of reference voltage (1), said third voltage generator being adapted to subject the second connection of transistor 1) to a fixed potential (Vo) whose amplitude value is determined such that the magnitude value of the difference of potential (VovT-Vo) between the first and the second connection of the transistor (TP'1) is sufficiently close to that of the threshold voltage (VT) of the transistor (TP'1) to minimize the value of the intensity of the current flowing through it.

5. Electronic circuit according to claim 4, characterized in that the transistor (TP'1) is a field effect MOS transistor whose drain constitutes said first connection and whose gate constitutes said second connection.

6. Electronic circuit according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the third voltage generator (7) has a structure similar to that of the second voltage generator (2).