Domaine technique de l’invention

La présente invention concerne un dispositif de conversion apte à convertir un courant électrique d’entrée en provenance d’un capteur photonique en une tension électrique de sortie et comprenant un circuit électronique intégré comprenant entre autres un composant résistif de valeur réglable et un composant capacitif de valeur réglable. L’invention concerne également un procédé de détermination des valeurs du composant résistif et du composant capacitif.

Etat de la technique

Il est connu de réaliser un dispositif de conversion apte à convertir un courant électrique d’entrée en provenance d’une source de courant comme un capteur photonique en une tension électrique de sortie et comprenant un composant d’amplification comme un amplificateur opérationnel, un composant résistif et un composant capacitif. Ce dispositif de conversion est communément appelé amplificateur de transimpédance. Le composant d’amplification, le composant résistif et le composant capacitif peuvent être réalisés dans un même substrat de matériau semi-conducteur et constituer donc un circuit électronique intégré. Le dispositif de conversion comprenant ce circuit électronique intégré peut alors être appelé amplificateur de transimpédance intégré.

Ces dispositions donnent satisfaction en ce qu’il devient possible de réaliser, à l’aide d’un dispositif de conversion de taille réduite, une conversion du signal de courant en provenance du capteur photonique ou photodétecteur et souvent de faible amplitude, en un signal de tension pouvant être exploité.

Toutefois des valeurs de certains paramètres du photodétecteur peuvent varier dû à des facteurs externes tels qu’une température externe ou encore dû à des facteurs internes tels qu’un vieillissement du photodétecteur par exemple entrainant par conséquent un fonctionnement erroné du dispositif de conversion.

La présente invention a pour but de résoudre tout ou partie des inconvénients mentionnés ci-dessus.

Le problème technique à la base de l’invention consiste notamment à fournir un dispositif de conversion de taille réduite apte à convertir un courant électrique d’entrée en provenance d’un capteur photonique en une tension électrique de sortie qui puisse pallier des variations des valeurs de certains paramètres du photodétecteur et qui soit de structure simple et économique.

Objet de l’invention

A cet effet, la présente invention a pour objet un circuit électronique selon le type précité, comprenant : un composant d’amplification comprenant au moins un port d’entrée et un port de sortie, le composant d’amplification étant caractérisé par une valeur de courant de polarisation, la valeur de courant de polarisation étant modifiable in situ sans démontage du composant d’amplification hors du circuit électronique intégré ; un composant résistif ayant une première borne reliée électriquement au port d’entrée du composant d’amplification et une deuxième borne reliée électriquement au port de sortie du composant d’amplification, le composant résistif présentant une valeur de résistance considérée entre sa première borne et sa deuxième borne et conférant une aptitude à modifier ladite valeur de résistance in situ sans démontage du composant résistif hors du circuit électronique intégré ; un composant capacitif ayant une première borne reliée électriquement au port d’entrée du composant d’amplification et une deuxième borne reliée électriquement au port de sortie du composant d’amplification, le composant résistif et le composant capacitif étant agencés électriquement dans un montage en parallèle l’un par rapport à l’autre, le composant capacitif présentant une valeur de capacité entre sa première borne et sa deuxième borne et conférant une aptitude à modifier ladite valeur de capacité in situ sans démontage du composant capacitif hors du circuit électronique intégré ; une commande numérique de réglage apte à déterminer les trois valeurs suivantes : la valeur de résistance modifiable du composant résistif, la valeur de capacité modifiable du composant capacitif et la valeur de courant de polarisation modifiable du composant d’amplification, la commande numérique de réglage comprenant :

- un composant de détection d’une valeur limite d’un signal de sortie au niveau du port de sortie du composant d’amplification ;

- une unité de calcul reliée au composant de détection et agencée pour régler la valeur de résistance du composant résistif et la valeur de capacité du composant capacitif de sorte à régler une valeur d’une caractéristique relative au composant d’amplification lorsque la valeur limite du signal de sortie est détectée par le composant de détection, la commande numérique de réglage étant appliquée à travers un bus de communication reliant l’unité de calcul et un circuit de commande d’un interrupteur de branche résistive et entre l’unité de calcul et un circuit de contrôle d’un interrupteur de branche capacitive ; ledit circuit électronique intégré comprenant au moins une première borne reliée au port d’entrée du composant d’amplification, ladite première borne étant reliée à un capteur photonique fournissant un courant électrique d’entrée, le capteur photonique comprenant au moins une photodiode.

Le composant d’amplification peut notamment désigner un amplificateur opérationnel.

L’amplificateur opérationnel peut présenter une entrée simple, autrement dit avoir un seul port d’entrée ou une entrée différentielle, autrement dit avoir deux ports d’entrée.

Avantageusement, le composant résistif permet un réglage d’un gain du composant d’amplification, notamment de l’amplificateur opérationnel.

Avantageusement, le composant résistif et le composant capacitif permettent, grâce à leurs aptitudes respectives à pouvoir régler la valeur de résistance et la valeur de capacité, de s’affranchir d’une utilisation d’un composant de réglage externe au circuit électronique intégré décrit ici.

Avantageusement, l’aptitude de modification de la valeur de courant de polarisation permet un réglage d’un bruit du composant d’amplification.

Avantageusement, l’aptitude de modification de la valeur de courant de polarisation permet un réglage de la consommation du composant d’amplification.

Le circuit électronique intégré peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.

Le composant d’amplification comprend une pluralité d’amplificateurs opérationnels différentiels montés en cascade les uns à la suite des autres, chaque amplificateur opérationnel différentiel de la pluralité d’amplificateurs opérationnels différentiels comprenant une première borne d’entrée et une deuxième borne d’entrée et une première borne de sortie et une deuxième borne de sortie, de sorte que : chaque première borne de sortie d’un amplificateur opérationnel différentiel de la pluralité d’amplificateurs opérationnels différentiels est reliée à la première borne d’entrée de l’amplificateur opérationnel différentiel suivant, et chaque deuxième borne de sortie d’un amplificateur opérationnel différentiel de la pluralité d’amplificateurs opérationnels différentiels est reliée à la deuxième borne d’entrée de l’amplificateur opérationnel différentiel suivant.

Le composant de détection peut par exemple être un circuit de détection d’une valeur de tension crête à crête.

L’unité de calcul peut par exemple être un microcontrôleur relié au circuit de détection et configuré pour régler la valeur de résistance du composant résistif et/ou la valeur de capacité du composant capacitif. La caractéristique relative au composant d’amplification peut par exemple être le gain du composant d’amplification, notamment de l’amplificateur opérationnel.

Le signal de sortie peut être une tension électrique, par exemple qui sera injectée dans un circuit de conversion d’un signal analogique vers un signal numérique, également appelé convertisseur analogique-numérique.

La valeur limite du signal de sortie peut désigner une valeur crête à crête de la tension de sortie ayant une valeur prédéfinie par exemple 1 ,1V, la valeur limite étant définie de sorte à éviter une saturation du signal analogique dans le convertisseur analogique-numérique.

Selon une possibilité, le composant résistif comprend une pluralité de branches de circuit résistives, chaque branche de circuit résistive comprenant un composant résistif partiel, un interrupteur de branche résistive, et un circuit de commande pilotant l’interrupteur de branche résistive.

Le composant capacitif peut comprendre une pluralité de branches de circuit capacitives, chaque branche de circuit capacitive comprenant un composant capacitif partiel, un interrupteur de branche capacitive, et un circuit de contrôle pilotant l’interrupteur de branche capacitive.

Selon une possibilité, chaque interrupteur de branche résistive et chaque interrupteur de branche capacitive est un transistor réalisé à partir d’un matériau semi- conducteur, par exemple à partir d’une technologie de type CMOS.

Selon une possibilité, chaque interrupteur de branche résistive et chaque interrupteur de branche capacitive est un transistor de type NMOS, de type PMOS ou de type dual MOS.

Selon un mode de réalisation, l’unité de calcul règle la valeur de résistance du composant résistif en pilotant l’ouverture et la fermeture de chaque interrupteur de branche résistive dans chaque branche de circuit résistive.

Selon un mode de réalisation, l’unité de calcul règle la valeur de capacité du composant capacitif en pilotant l’ouverture et la fermeture de chaque interrupteur de branche capacitive dans chaque branche de circuit capacitive.

Avantageusement, le composant résistif partiel possède une valeur de résistance nettement supérieure à une résistance de conduction de l’interrupteur de sorte à garantir une stabilité d’une valeur de gain du composant d’amplification en dépit des variations de température. La valeur de résistance du composant résistif partiel peut par exemple être de plus de 20 fois supérieure à la résistance de conduction de l’interrupteur.

Le composant résistif et le composant capacitif peuvent être intégrés dans un substrat en matériau semi-conducteur. Selon une possibilité, le matériau semi-conducteur peut être du silicium brut ou du silicium sur isolant Silicon on Insulator ou SOI en anglais.

Le composant résistif et le composant capacitif peuvent être réalisés à partir d’une technologie de type CMOS ou BiCMOS.

La présente invention a également pour objet un dispositif de conversion apte à convertir un courant électrique d’entrée en une tension électrique de sortie, comprenant un capteur photonique et le circuit électronique intégré décrit, ledit capteur photonique étant relié audit circuit intégré et ledit courant électrique d’entrée étant fourni par le capteur photonique.

Avantageusement, le fait que la valeur de courant de polarisation soit réglable, le fait que le composant résistif a une aptitude à modifier la valeur de résistance et le fait que le composant capacitif a une aptitude à modifier la valeur de capacité, permettent une utilisation du dispositif de conversion avec une photodiode, ou diode photonique, ayant une capacité de jonction variant dans une large plage de capacités de jonction, par exemple entre 1 pF et 20pF.

Avantageusement, l’aptitude de modification de la valeur de courant de polarisation permet un réglage d’une bande passante du composant d’amplification en fonction d’une valeur de capacité de la photodiode, de la valeur de résistance du composant résistif et de la valeur de capacité du composant capacitif.

Selon une possibilité, le capteur photonique peut être un phototransistor, une photodiode de type PIN, ou une photodiode de type avalanche.

Selon une possibilité, le dispositif de conversion comprend un composant de numérisation et le port de sortie du composant d’amplification est relié électriquement au composant de numérisation.

Le composant de numérisation peut par exemple être un convertisseur analogique-numérique apte à numériser la tension électrique de sortie présente en sortie du dispositif de conversion.

Le port de sortie du composant d’amplification peut être directement lié au composant de numérisation.

Selon une alternative, le port de sortie du composant d’amplification peut être connecté à un filtre électronique qui est connecté au composant de numérisation, le filtre électronique étant destiné à éviter un repliement du signal de sortie du composant d’amplification, autrement dit à restreindre la bande passante du signal de sortie afin de satisfaire un théorème d'échantillonnage tel que le théorème de Nyquist - Shannon.

La présente invention a également pour objet un procédé de détermination de la valeur de résistance présente entre la première borne et la deuxième borne du composant résistif, procédé dans lequel le composant résistif fait partie intégrante du circuit électronique intégré décrit et confère une aptitude à modifier ladite valeur de résistance in situ sans démontage du composant résistif hors du circuit électronique intégré, procédé dans lequel la commande numérique de réglage qui appartient au circuit électronique intégré comprend : le composant de détection d’une valeur limite d’un signal de sortie précité au niveau du port de sortie du composant d’amplification qui appartient au circuit électronique intégré ; l’unité de calcul précitée reliée au composant de détection et agencée pour régler la valeur de résistance du composant résistif et la valeur de capacité du composant capacitif qui appartient au circuit électronique intégré de sorte à régler une valeur d’une caractéristique relative au composant d’amplification lorsque la valeur limite du signal de sortie est détectée par le composant de détection ; le procédé comprenant les étapes suivantes : détection, par le composant de détection, de la valeur limite du signal de sortie au niveau du port de sortie du composant d’amplification ; modification d’une valeur de sortie du composant de détection sur la base de la valeur limite du signal de sortie au niveau du port de sortie du composant d’amplification ; transmission de la valeur de sortie du composant de détection à l’unité de calcul.

Selon une possibilité, dans le procédé de détermination d’une valeur de résistance, le composant résistif du circuit électronique intégré comprend la pluralité de branches de circuit résistives, chaque branche de circuit résistive comprenant le composant résistif partiel, l’interrupteur de branche résistive, et le circuit de commande pilotant l’interrupteur de branche résistive, le procédé comprenant les étapes suivantes : transmission, par l’unité de calcul, d’un signal de commande de l’interrupteur de branche résistive piloté par le circuit de commande de l’interrupteur de branche résistive ; actionnement de l’interrupteur de branche résistive sur la base du signal de commande envoyé par l’unité de calcul ; et modification de la valeur de la résistance du composant résistif en fonction de l’interrupteur de branche résistive actionné.

L’invention a également pour objet un procédé de détermination d’une valeur de capacité présente entre une première borne et une deuxième borne d’un composant capacitif, procédé dans lequel le composant capacitif fait partie intégrante d’un circuit électronique intégré décrit et confère une aptitude à modifier ladite valeur de capacité in situ sans démontage du composant capacitif hors du circuit électronique intégré, procédé dans lequel le composant capacitif comprend une pluralité de branches de circuit capacitives, chaque branche de circuit capacitive comprenant un composant capacitif partiel, un interrupteur de branche capacitive, et un circuit de contrôle pilotant l’interrupteur de branche capacitive, le procédé comprenant les étapes suivantes : détermination, par l’unité de calcul précitée, d’une valeur d’une bande passante relative au circuit électronique intégré ; transmission, par l’unité de calcul, d’un signal de commande de l’interrupteur de branche capacitive piloté par le circuit de contrôle de l’interrupteur de branche capacitive sur la base de la valeur de la bande passante déterminée ; actionnement de l’interrupteur de branche capacitive sur la base du signal de commande envoyé par l’unité de calcul ; et modification de la valeur de capacité associée au composant capacitif en fonction de l’interrupteur de branche capacitive actionné.

Selon un mode de mise en œuvre, la détermination de la valeur de la bande passante relative au circuit électronique intégré se fait en fonction de la valeur de la résistance du composant résistif, de la capacité du capteur photonique en entrée et d’une capacité d’entrée du composant d’amplification.

Description sommaire des dessins

L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description détaillée qui est exposée ci-dessous en regard des dessins annexés dans lesquels :

La figure 1 est une représentation schématique d’un circuit électrique d’un premier mode de réalisation d’un dispositif de conversion apte à convertir un courant électrique d’entrée en une tension électrique de sortie comprenant un circuit intégré comprenant un composant d’amplification, un composant résistif possédant une valeur de résistance variable et un composant capacitif possédant une capacité de valeur variable.

La figure 2 est une représentation schématique d’un circuit électrique d’un deuxième mode de réalisation du dispositif de conversion de la figure 1 comprenant plusieurs composants d’amplification possédant des entrées différentielles.

La figure 3 est une représentation schématique d’un circuit électrique d’un troisième mode de réalisation du dispositif de conversion de la figure 1 comprenant un composant d’amplification et un transistor servant à amplifier un signal d’entrée dudit dispositif de conversion.

La figure 4 est un organigramme présentant différentes étapes exécutées lors de la réalisation d’un procédé de détermination d’une valeur de résistance du composant résistif compris dans le circuit intégré du dispositif de conversion de la figure 1.

La figure 5 est un organigramme présentant différentes étapes exécutées lors de la réalisation d’un procédé de détermination d’une valeur de capacité du composant capacitif compris dans le circuit intégré du dispositif de conversion de la figure 1. Description détaillée

Dans la description détaillée qui va suivre des figures définies ci-dessus, les mêmes éléments ou les éléments remplissant des fonctions identiques pourront conserver les mêmes références de manière à simplifier la compréhension de l’invention.

Circuit électronique intégré

L’objet de l’invention est tout d’abord un circuit électronique intégré comprenant un composant d’amplification OA comprenant au moins un port d’entrée IN et un port de sortie OUT, le composant d’amplification OA étant caractérisé par une valeur de courant de polarisation Ib, la valeur de courant de polarisation Ib étant modifiable in situ sans démontage du composant d’amplification OA hors du circuit électronique intégré. Le composant d’amplification OA peut notamment désigner un amplificateur opérationnel et ledit amplificateur opérationnel peut présenter une entrée simple, autrement dit avoir un seul port d’entrée comme c’est le cas dans les figures 1 et 3 ou une entrée différentielle, autrement dit avoir deux ports d’entrée comme c’est le cas dans la figure 2.

Selon un mode de réalisation présenté à la figure 2, le composant d’amplification OA comprend une pluralité d’amplificateurs opérationnels différentiels montés en cascade les uns à la suite des autres, chaque amplificateur opérationnel différentiel OAD1 , OAD3 de la pluralité d’amplificateurs opérationnels différentiels comprenant une première borne d’entrée E1 et une deuxième borne d’entrée E2 et une première borne de sortie 01 et une deuxième borne de sortie 02, de sorte que :

- chaque première borne de sortie 01 d’un amplificateur opérationnel différentiel de la pluralité d’amplificateurs opérationnels différentiels est reliée à la première borne d’entrée E1 de l’amplificateur opérationnel différentiel suivant, et

- chaque deuxième borne de sortie 02 d’un amplificateur opérationnel différentiel de la pluralité d’amplificateurs opérationnels différentiels est reliée à la deuxième borne d’entrée E2 de l’amplificateur opérationnel différentiel suivant.

De manière avantageuse, la pluralité d’amplificateurs opérationnels différentiels montés en cascade permet de varier des paramètres du circuit afin d’obtenir des valeurs prédéfinies de bande passante et de bruit.

Le circuit électronique intégré comprend également un composant résistif Rf ayant une première borne reliée électriquement au port d’entrée IN du composant d’amplification OA et une deuxième borne reliée électriquement au port de sortie OUT du composant d’amplification OA, le composant résistif Rf présentant une valeur de résistance considérée entre sa première borne et sa deuxième borne et conférant une aptitude à modifier ladite valeur de résistance in situ sans démontage du composant résistif hors du circuit électronique intégré . Avantageusement, le composant résistif Rf permet un réglage d’un gain du composant d’amplification, notamment de l’amplificateur opérationnel.

Le circuit électronique intégré comprend aussi un composant capacitif Cf ayant une première borne reliée électriquement au port d’entrée IN du composant d’amplification OA et une deuxième borne reliée électriquement au port de sortie OUT du composant d’amplification OA, le composant résistif Rf et le composant capacitif Cf étant agencés électriquement dans un montage en parallèle l’un par rapport à l’autre, le composant capacitif Cf présentant une valeur de capacité entre sa première borne et sa deuxième borne et conférant une aptitude à modifier ladite valeur de capacité in situ sans démontage du composant capacitif Cf hors du circuit électronique intégré.

Avantageusement, le composant résistif Rf et le composant capacitif Cf permettent, grâce à leurs aptitudes respectives à pouvoir régler la valeur de résistance et la valeur de capacité, de s’affranchir d’une utilisation d’un composant de réglage externe au circuit électronique intégré décrit ici.

Le composant résistif Rf et le composant capacitif Cf sont intégrés dans un substrat en matériau semi-conducteur.

Selon une possibilité, le matériau semi-conducteur peut être du silicium brut ou du silicium sur isolant Silicon on Insulator ou SOI en anglais.

Le composant résistif Rf et le composant capacitif Cf sont réalisés à partir d’une technologie de type CMOS ou BiCMOS.

Le circuit électronique intégré comprend au moins une première borne reliée au port d’entrée IN du composant d’amplification, ladite première borne étant reliée à un capteur photonique D fournissant un courant électrique d’entrée Id et le capteur photonique D comprenant au moins une photodiode.

Le circuit électronique intégré comprend également une commande numérique de réglage apte à déterminer les trois valeurs suivantes : la valeur de résistance modifiable du composant résistif Rf, la valeur de capacité modifiable du composant capacitif Cf et la valeur de courant de polarisation Ib modifiable du composant d’amplification OA.

Avantageusement, l’aptitude de modification de la valeur de courant de polarisation Ib permet un réglage d’un bruit du composant d’amplification AO.

Avantageusement, l’aptitude de modification de la valeur de courant de polarisation Ib permet un réglage de la consommation du composant d’amplification OA.

La commande numérique de réglage comprend un composant de détection d’une valeur limite Vpp d’un signal de sortie Vo au niveau du port de sortie OUT du composant d’amplification OA, le composant de détection pouvant par exemple être un circuit de détection d’une valeur de tension crête à crête. Le signal de sortie Vo peut être une tension électrique, par exemple qui sera injectée dans un circuit de conversion ADC d’un signal analogique vers un signal numérique, également appelé circuit de numérisation ou convertisseur analogique-numérique.

La commande numérique de réglage comprend aussi une unité de calcul reliée au composant de détection et agencée pour régler la valeur de résistance du composant résistif Rf et la valeur de capacité du composant capacitif Cf de sorte à régler une valeur d’une caractéristique relative au composant d’amplification OA, par exemple le gain du composant d’amplification OA, notamment de l’amplificateur opérationnel, lorsque la valeur limite du signal de sortie Vo est détectée par le composant de détection.

L’unité de calcul peut par exemple être un microcontrôleur relié au circuit de détection et configuré pour régler la valeur de résistance du composant résistif Rf et/ou la valeur de capacité du composant capacitif Cf.

La valeur limite Vpp du signal de sortie peut désigner une valeur crête à crête de la tension de sortie ayant une valeur prédéfinie par exemple 1 ,1V, la valeur limite étant définie de sorte à éviter une saturation du signal analogique dans le convertisseur analogique- numérique.

Dans le circuit électronique intégré décrit, le composant résistif Rf comprend une pluralité de branches de circuit résistives BR, chaque branche de circuit résistive BR comprenant un composant résistif partiel Rfi (Rf1 , Rf2,...Rf5) présentés à la figure 2, un interrupteur de branche résistive Int-R, et un circuit de commande pilotant l’interrupteur de branche résistive Int- R.

Avantageusement, le composant résistif partiel Rfi possède une valeur de résistance nettement supérieure à une résistance de conduction de l’interrupteur de branche résistive Int-R de sorte à garantir une stabilité d’une valeur de gain du composant d’amplification OA en dépit des variations de température. La valeur de résistance du composant résistif partiel Rfi peut par exemple être de plus de 20 fois supérieure à la résistance de conduction de l’interrupteur de branche résistive Int-R.

Dans le circuit électronique intégré décrit, le composant capacitif Cf comprend une pluralité de branches de circuit capacitives BC, chaque branche de circuit capacitive BC comprenant un composant capacitif partiel Cfi (Cf 1 , Cf2, Cf3) présenté à la figure 2, un interrupteur de branche capacitive Int-C, et un circuit de contrôle pilotant l’interrupteur de branche capacitive Int-C.

Selon une possibilité, chaque interrupteur de branche résistive Int-R et chaque interrupteur de branche capacitive Int-C est un transistor réalisé à partir d’un matériau semi- conducteur, par exemple à partir d’une technologie de type CMOS. Selon une possibilité, chaque interrupteur de branche résistive Int-R et chaque interrupteur de branche capacitive Int-C est un transistor de type NMOS, de type PMOS ou de type dual MOS

Selon un mode de réalisation, l’unité de calcul règle la valeur de résistance du composant résistif Rf en pilotant l’ouverture et la fermeture de chaque interrupteur de branche résistive Int-R dans chaque branche de circuit résistive BR.

Selon un mode de réalisation, l’unité de calcul règle la valeur de capacité du composant capacitif Cf en pilotant l’ouverture et la fermeture de chaque interrupteur de branche capacitive Int-C dans chaque branche de circuit capacitive BC.

La commande numérique de réglage est appliquée à travers un bus de communication, par exemple un bus de communication bas débit de type I2C ou SPI, reliant l’unité de calcul et le circuit de commande de l’interrupteur de branche résistive Int-R et entre l’unité de calcul et le circuit de contrôle de l’interrupteur de branche capacitive Int-C.

Dispositif de conversion : composition

L’invention concerne également un dispositif de conversion apte à convertir le courant électrique d’entrée Id en une tension électrique de sortie Vo, ou communément appellé amplificateur de transimpédance, comprenant un capteur photonique ou photodétecteur D et le circuit électronique intégré décrit précédement, ledit capteur photonique D étant relié audit circuit intégré et ledit courant électrique d’entrée Id étant fourni par le capteur photonique D.

Le capteur photonique D peut comprendre au moins une photodiode.

Selon une possibilité, le capteur photonique D peut être un phototransistor, une photodiode de type PIN, ou une photodiode de type avalanche.

Le dispositif de conversion ou amplificateur de transimpédance dont un mode de réalisation est présenté à la figure 1 est remarquable en ce qu’il intègre le circuit intégré précédement décrit, autrement dit il est possible de modifier la valeur de la résistance du composant résistif Rf ainsi que la valeur de la capacité du composant capacitif Cf et celle du courant de polarisation Ib du composant d’amplification OA ou amplificateur opérationel afin de modifier ou d’ajuster certaines caractéristiques de l’amplificateur de transimpédance comme un gain, une bande passante, une consommation de puissance ou encore un bruit de fonctionnement.

Avantageusement, le fait que la valeur de courant de polarisation Ib est réglable, le fait que le composant résistif Rf a une aptitude à modifier la valeur de résistance et le fait que le composant capacitif Cf a une aptitude à modifier la valeur de capacité, permettent une utilisation du dispositif de conversion avec une photodiode, ou diode photonique, ayant une capacité de jonction Cd variant dans une large plage de capacités de jonction, par exemple entre 1 pF et 20pF. Ainsi, une modification de la valeur de résistance du composant résistif Rf et une modification de la valeur de capacité du composant capacitif Cf peuvent pallier une variation de la capacité de jonction Cd de la photodiode due à des facteurs externes comme une variation d’une température de salle par exemple ou encore des facteurs internes comme un vieillissement de la photodiode par exemple.

La valeur de la résistance du composant résistif Rf est liée à la tension électrique de sortie Vo et au courant électrique d’entrée Id par l’équation [Math 1].

[Math 1]

Les grandeurs Vmax et Vmin sont montrées à la figure 1 et désignent respectivement une valeur maximale et une valeur minimale de la tension de sortie Vo de l’amplificateur de transimpédance. Ainsi, si les valeurs de Vmax, Vmin et Id sont connues, il est possible de calculer la valeur de la résistance du composant résistif Rf d’après [Math 1].

Par ailleurs et de manière avantageuse, le fait que la valeur de courant de polarisation Ib est réglable, le fait que le composant résistif Rf a une aptitude à modifier la valeur de résistance et le fait que le composant capacitif Cf a une aptitude à modifier la valeur de capacité, permettent d’utiliser le dispositif de conversion avec plusieurs types de photodiodes ayant des valeurs de capacité de jonction Cd différentes.

Avantageusement, l’aptitude de modification de la valeur de courant de polarisation Ib permet un réglage d’une bande passante du composant d’amplification OA en fonction d’une valeur de capacité de la photodiode Cd, de la valeur de résistance du composant résistif Rf et de la valeur de capacité du composant capacitif Cf.

La valeur du courant de polarisation Ib est liée à la capacité de jonction de la photodiode Cd, à une capacité d’entrée Cp du composant d’amplification OA, à une bande passante fc du composant d’amplification OA ainsi qu’à une constante VT selon l’équation [Math 2].

[Math 2]

Ib = fc ² . 4. n ² . Cp. Cd + Cp). VT

Ainsi, en fixant une valeur de fonctionnement de la bande passante fc du composant d’amplification et ayant connaissance des valeurs de la capacité de jonction Cd de la photodiode et de la capacité d’entrée Cp du composant d’amplification OA, on peut déterminer la valeur du courant de polarisation Ib.

La capacité d’entrée Cp du composant d’amplification OA peut être entièrement ou partiellement constituée par une capacité parasite en entrée du composant d’amplification OA. La valeur de la capacité du composant capacitif Cf est liée à la capacité de jonction Cd de la photodiode, à la capacité d’entrée Cp du composant d’amplification, à la valeur de la résistance du composant résistif Rf ainsi qu’à un produit de la bande passante du composant d’amplification par un gain du composant d’amplification plus communément appelé produit gainband GBW du composant d’amplification selon l’équation [Math 3].

[Math 3]

Connaissant ainsi la valeur de la résistance du composant résistif Rf, celle de la capacité de jonction Cd de la photodiode, la capacité d’entrée Cp du composant d’amplification OA et en fixant une valeur du produit gain-bande GBW désiré, on peut calculer la valeur de la capacité du composant capacitif Cf.

L’équation [Math 3] peut représenter également un critère de dimensionnement du dispositif de conversion qui doit être satisfait afin de garantir une stabilité du dispositif de conversion décrit lors de son fonctionnement.

Le dispositif de conversion peut comprendre un composant de numérisation ADC et le port de sortie OUT du composant d’amplification OA peut être relié électriquement au composant de numérisation ADC.

Le composant de numérisation ADC peut par exemple être un convertisseur analogique-numérique apte à numériser la tension électrique de sortie Vo présente en sortie du dispositif de conversion OA.

Le port de sortie OUT du composant d’amplification OA peut être directement lié au composant de numérisation ADC.

Selon une alternative, le port de sortie OUT du composant d’amplification OA peut être connecté à un filtre électronique qui est connecté au composant de numérisation ADC, le filtre électronique étant destiné à éviter un repliement du signal de sortie du composant d’amplification, autrement dit à restreindre la bande passante du signal de sortie afin de satisfaire un théorème d'échantillonnage tel que le théorème de Nyquist - Shannon.

Dispositif de conversion : fonctionnement

Selon un premier mode de réalisation présenté à la figure 1 , un rayonnement L est détecté par le photodétecteur D qui convertit le rayonnement L en le courant électrique Id.

Ce courant électrique Id est injecté dans le dispositif de conversion comprenant le composant d’amplification OA ainsi que le circuit intégré décrit entre autres.

Le dispositif de conversion convertit alors le courant électrique Id en entrée en la tension de sortie Vo. La tension de sortie Vo, qui peut être sinusoïdale et qui possède la valeur crête à crête Vpp, la valeur minimale Vmin et la valeur maximale Vmax, est destinée à être exploitée dans une application donnée.

La tension de sortie Vo est alors injectée, directement ou à travers un filtre antirepliement, dans le dispositif de numérisation ADC ou convertisseur analogique-numérique pour être convertie en un signal numérique destiné à être exploité.

Lors du fonctionnement du dispositif de conversion décrit, des facteurs internes ou externes au dispositif de conversion peuvent par exemple modifier la valeur de la diode de jonction Cd de la photodiode, ce qui risque de déstabiliser le dispositif de conversion par exemple. Afin d’éviter ce risque de déstabilisation ou bien d’un fonctionnement erroné dudit dispositif de conversion, il est possible de programmer ou d’ajuster les valeurs de résistance du composant résistif Rf, de capacité du composant capacitif Cf et du courant de polarisation Ib du composant d’amplification OA.

Les valeurs de résistance du composant résistif Rf, de capacité du composant capacitif Cf et du courant de polarisation Ib du composant d’amplification OA peuvent être modifiées ensemble ou bien chacune séparément selon le besoin de l’application visée.

La valeur de résistance du composant résistif Rf est déterminée et modifiée selon un procédé de détermination d’une valeur de résistance décrit ci-après.

De même, la valeur de capacité du composant résistif Cf est déterminée et modifiée selon un procédé de détermination d’une valeur de capacité décrit ci-après.

Il est possible de réaliser le dispositif de conversion ayant le même fonctionnement que celui décrit précédemment selon un deuxième mode de réalisation présenté à la figure 2, où le dispositif de conversion comprend une pluralité de composants d’amplifications différentiels OAD ainsi que le circuit intégré décrit entre autres.

Il est également possible de réaliser le dispositif de conversion ayant le même fonctionnement que celui décrit précédemment selon un troisième mode de réalisation présenté à la figure 3, où le courant électrique Id en entrée est injecté dans un transistor T afin d’être amplifié avant d’être injectée dans le composant d’amplification OA et d’être converti par ledit composant d’amplification OA en la tension de sortie Vo qui sera numérisée par le dispositif de numérisation ADC.

Procédé de détermination d’une valeur de résistance

L’invention concerne également le procédé de détermination d’une valeur de résistance présente entre la première borne et la deuxième borne du composant résistif Rf, procédé dans lequel le composant résistif Rf fait partie intégrante du circuit électronique intégré décrit précédemment et confère une aptitude à modifier ladite valeur de résistance in situ sans démontage du composant résistif Rf hors du circuit électronique intégré, procédé dans lequel la commande numérique de réglage qui appartient au circuit électronique intégré comprend : le composant de détection d’une valeur limite d’un signal de sortie Vo au niveau du port de sortie OUT du composant d’amplification OA qui appartient au circuit électronique intégré ; l’unité de calcul précitée reliée au composant de détection et agencée pour régler la valeur de résistance du composant résistif Rf et la valeur de capacité du composant capacitif Cf qui appartient au circuit électronique intégré de sorte à régler la valeur de la caractéristique relative au composant d’amplification OA lorsque la valeur limite du signal de sortie Vo est détectée par le composant de détection ; le procédé comprenant les étapes suivantes présentées à la figure 4:

Détection S1 , par le composant de détection, de la valeur limite du signal de sortie Vo au niveau du port de sortie OUT du composant d’amplification OA; modification S2 d’une valeur de sortie du composant de détection sur la base de la valeur limite Vpp du signal de sortie Vo au niveau du port de sortie OUT du composant d’amplification OA; transmission S3 de la valeur de sortie du composant de détection à l’unité de calcul. transmission S4, par l’unité de calcul, du signal de commande de l’interrupteur de branche résistive Int-R piloté par le circuit de commande de l’interrupteur de branche résistive BR; actionnement S5 de l’interrupteur de branche résistive Int-R sur la base du signal de commande envoyé par l’unité de calcul ; et modification S6 de la valeur de la résistance du composant résistif Rf en fonction de l’interrupteur de branche résistive Int-R actionné.

Selon une possibilité, un seul interrupteur de branche résistive Int-R est actionné et dans ce cas la valeur de la résistance du composant résistif Rf est donnée par une valeur de résistance d’un seul composant résistif partiel Rfi.

Selon une autre possibilité, plusieurs interrupteurs de branches résistives Int-R sont actionnés à la fois et dans ce cas la valeur de la résistance du composant résistif Rf est donnée par une valeur de résistance résultante de la combinaison de plusieurs composants résistifs partiels, par exemple la valeur de résistance résultante de la mise en parallèle de deux composants résistifs partiels.

Procédé de détermination d’une valeur de capacité

L’invention concerne en outre le procédé de détermination d’une valeur de capacité présente entre la première borne et la deuxième borne du composant capacitif Cf, procédé dans lequel le composant capacitif Cf fait partie intégrante du circuit électronique intégré précédemment décrit et confère une aptitude à modifier ladite valeur de capacité in situ sans démontage du composant capacitif Cf hors du circuit électronique intégré, procédé dans lequel le composant capacitif Cf comprend une pluralité de branches de circuit capacitives BC, chaque branche de circuit capacitive BC comprenant un composant capacitif partiel Cfi, un interrupteur de branche capacitive Int-C, et un circuit de contrôle pilotant l’interrupteur de branche capacitive Int-C, le procédé comprenant les étapes suivantes présentées à la figure 5:

Détermination S1 ’, par l’unité de calcul précitée, d’une valeur d’une bande passante relative au circuit électronique intégré ;

Transmission S2’, par l’unité de calcul, du signal de commande de l’interrupteur de branche capacitive Int-C piloté par le circuit de contrôle de l’interrupteur de branche capacitive Int-C sur la base de la valeur de la bande passante déterminée ; actionnement S3’ de l’interrupteur de branche capacitive Int-C sur la base du signal de commande envoyé par l’unité de calcul ; et modification S4’ de la valeur de capacité associée au composant capacitif Cf en fonction de l’interrupteur de branche capacitive Int-C actionné.

Selon un mode de mise en œuvre, la détermination de la valeur de la bande passante relative au circuit électronique intégré se fait en fonction de la valeur de la résistance du composant résistif Rf, de la capacité du capteur photonique D en entrée et de la capacité d’entrée du composant d’amplification Cp.

Selon une possibilité, un seul interrupteur de branche capacitive Int-C est actionné et dans ce cas la valeur de la capacité du composant capacitif Cf est donnée par une valeur de capacité d’un seul composant capacitif partiel Cfi.

Selon une autre possibilité, plusieurs interrupteurs de branches capacitives Int-C sont actionnés à la fois et dans ce cas la valeur de la capacité du composant capacitif Cf est donnée par une valeur de capacité résultante de la combinaison de plusieurs composants capacitifs partiels, par exemple la valeur de capacité résultante de la mise en parallèle de deux composants capacitifs partiels.

Bien que l’invention ait été décrite en liaison avec des exemples particuliers de réalisation, il est bien évident qu’elle n’y est nullement limitée et qu’elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l’invention.