CH721601A2 - Circuit de correction pour des circuits amplificateurs à faible bruit de scintillement et/ou pour des circuits de référence de bande interdite - Google Patents

Circuit de correction pour des circuits amplificateurs à faible bruit de scintillement et/ou pour des circuits de référence de bande interdite

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CH721601A2
CH721601A2 CH000154/2025A CH1542025A CH721601A2 CH 721601 A2 CH721601 A2 CH 721601A2 CH 000154/2025 A CH000154/2025 A CH 000154/2025A CH 1542025 A CH1542025 A CH 1542025A CH 721601 A2 CH721601 A2 CH 721601A2
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Em Microelectronic Marin Sa
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Abstract

L'invention concerne un circuit de correction (10) pour un amplificateur principal (50), dans lequel l'amplificateur principal (50) comprend une première entrée d'amplificateur (51), une deuxième entrée d'amplificateur (52), une première entrée de correction (54), une seconde entrée de correction (55) et une sortie (53). Le circuit de correction (10) comprend: – un étage de transconductance (20) connectable à la première entrée (51) et à la seconde entrée (52), – un étage d'intégrateur (30) connectable à l'étage de transconductance (20), – un étage de couplage (40) connectable à l'étage d'intégrateur (30) et connecté à la première entrée de correction (54) et à la seconde entrée de correction (55), et – un certain nombre de premiers commutateurs (70, 76, 77) et un certain nombre de seconds commutateurs (71, 74, 75) respectivement commutables séparément par des premier et second signaux d'horloge, pour une connexion et une déconnexion cadencées de l'amplificateur principal (50), de l'étage de transconductance (20), de l'étage d'intégrateur (30) et de l'étage de couplage (40). L'invention concerne également un circuit amplificateur à faible bruit et un circuit de référence de bande interdite.

Description

Domaine de l'invention
[0001] Dans un aspect, la présente invention concerne un circuit de correction pour un amplificateur. Dans certains exemples, le circuit de correction et l'amplificateur font partie d'un amplificateur à faible bruit de scintillement. Dans d'autres exemples, le circuit de correction et l'amplificateur font partie d'un circuit de référence de bande interdite à faible bruit.
Contexte
[0002] Dans des procédés CMOS modernes, l'important bruit de scintillement (bruit 1/f) des transistors PMOS ou NMOS disponibles constitue un obstacle à la conception d'amplificateurs à faible bruit RMS avec une largeur de bande qui inclut des basses fréquences ou un courant continu. Ce problème est encore plus grave lorsque l'objectif de la conception est une faible consommation d'énergie.
[0003] L'approche classique pour réduire le bruit 1/f d'un amplificateur consiste à utiliser des transistors d'entrée d'amplificateur de très grande taille ou un schéma de hachage.
[0004] Dans des générations de processus telles que 40 nm ou moins, même des transistors de très grande taille ne donnent pas de résultats raisonnables. Il faut donc recourir à un schéma qui réduit le bruit 1/f par hachage, c'est-à-dire en alternant périodiquement la polarité du signal au niveau des composants qui génèrent le bruit. Toutefois, pour que cette mesure soit efficace, il faut une fréquence de hachage élevée, une grande largeur de bande et, par conséquent, une forte consommation d'énergie. Ceci est particulièrement vrai du fait que, pendant le réglage de l'amplificateur, un bruit 1/f est généré. En outre, la tension de décalage non compensée de l'amplificateur contamine la sortie par une amplitude d'ondulation.
[0005] De même, des références de bande interdite conçues selon des approches classiques ne présentent pas de compensation de 1/f ou n'utilisent pas un schéma de hachage. Pour obtenir un faible bruit 1/f sans schéma de compensation dédié, il faut utiliser des transistors d'entrée d'amplificateur de très grande taille. Ici aussi, et dans des générations de processus telles que 40 nm, cette mesure ne conduit pas à des résultats raisonnables, même lorsque des transistors de très grande taille sont utilisés. Ceci concerne particulièrement les applications de capteurs à faible bruit qui ne peuvent pas bénéficier d'une structure ratiométrique.
[0006] Un étage d'entrée haché de l'amplificateur de rétroaction résout ce problème en principe. Cependant, pour être efficace, il nécessite une fréquence de hachage élevée et une grande largeur de bande, et donc une consommation d'énergie élevée. Ceci est particulièrement vrai du fait que, pendant le réglage de l'amplificateur, un bruit 1/f est généré. En outre, la tension de sortie (c'est-à-dire la tension de référence) est contaminée par une amplitude d'ondulation qui dépend de la tension décalée non compensée de l'amplificateur.
[0007] La présente invention a donc pour objet d'apporter des améliorations aux amplificateurs à faible bruit de scintillement et/ou aux références de bande interdite à faible bruit et à leurs circuits respectifs. L'invention devrait permettre une consommation d'énergie particulièrement faible d'un circuit d'amplificateur à faible bruit de scintillement et/ou d'une référence de bande interdite à faible bruit.
Résumé de l'invention
[0008] Dans un aspect, un circuit de correction pour un amplificateur principal est proposé. L'amplificateur principal comprend une première entrée d'amplificateur, une deuxième entrée d'amplificateur, une première entrée de correction, une seconde entrée de correction et une sortie. Le circuit de correction comprend un étage de transconductance connectable à la première entrée d'amplificateur et à la deuxième entrée d'amplificateur de l'amplificateur principal. Le circuit de correction comprend en outre un étage d'intégrateur connectable à l'étage de transconductance. Le circuit de correction comprend en outre un étage de couplage connectable à l'étage d'intégrateur. L'étage de couplage est en outre connectable à la première entrée de correction et à la seconde entrée de correction de l'amplificateur principal.
[0009] Le circuit de correction comprend en outre un certain nombre de premiers commutateurs et un certain nombre de seconds commutateurs. Les premiers et seconds commutateurs sont commutables séparément pour permettre une connexion et une déconnexion synchronisées respectivement de l'amplificateur principal, de l'étage de transconductance, de l'étage d'intégrateur et de l'étage de couplage.
[0010] Généralement, les premiers commutateurs sont commutables simultanément par un premier signal d'horloge, indépendamment des seconds commutateurs. Les seconds commutateurs sont respectivement commutables simultanément par un second signal d'horloge.
[0011] Dans certains exemples, l'étage de transconductance est connectable à la première entrée d'amplificateur et à la deuxième entrée d'amplificateur soit directement, par exemple via une paire de premier et second commutateurs, soit indirectement par l'intermédiaire de condensateurs et de tels commutateurs.
[0012] Dans certains exemples, le circuit de correction comprend ou forme une ligne, dans lequel l'étage de transconductance, l'étage d'intégrateur et l'étage de couplage sont connectés en série. L'étage d'intégrateur peut donc être agencé entre l'étage de transconductance et l'étage de couplage. Avec le circuit de correction, seul l'étage de transconductance peut être connecté aux première et seconde entrées de l'amplificateur principal. Une sortie de l'étage de transconductance peut être connectée à une entrée de l'étage d'intégrateur. Une sortie de l'étage d'intégrateur peut être connectée ou peut être connectable à l'étage de couplage et une sortie ou plusieurs sorties de l'étage de couplage peuvent être connectables aux première et seconde entrées de correction de l'amplificateur principal.
[0013] En règle générale, le circuit de correction est agencé en parallèle avec l'amplificateur principal. Un étage d'entrée, par exemple l'étage de transconductance, est connecté ou est sélectivement ou alternativement connectable aux première et seconde entrées de l'amplificateur principal. Une sortie du circuit de correction, par exemple des sorties respectives de l'étage de couplage, est connectée aux entrées de correction de l'amplificateur principal.
[0014] Les premiers commutateurs peuvent être synchronisés. Les seconds commutateurs peuvent également être synchronisés. Par conséquent, la commutation de l'un des premiers commutateurs s'accompagne de la commutation de tous les premiers commutateurs résiduels. De même, la commutation d'au moins un des seconds commutateurs s'accompagne d'une commutation de tous les seconds commutateurs résiduels.
[0015] Les premiers et seconds commutateurs peuvent être commutables indépendamment l'un de l'autre. Les premiers et seconds commutateurs peuvent être commutés selon un schéma de commutation prédéfini. En règle générale, les premiers et seconds commutateurs sont commutés alternativement. Lorsque les premiers commutateurs sont activés, les seconds peuvent être désactivés, et vice versa. La commutation des premiers et seconds commutateurs peut se faire sans chevauchement. Lorsque les premiers commutateurs sont activés et les seconds commutateurs sont désactivés, les premiers commutateurs sont désactivés avant d'activer les seconds commutateurs. De cette manière, il y a un intervalle de temps de non-chevauchement respectif, pendant lequel les premiers et seconds commutateurs sont tous désactivés.
[0016] Dans certains exemples, l'amplificateur de transconductance est configuré pour effectuer une procédure de mise à zéro automatique avant de connecter son ou ses entrées aux première et seconde entrées de l'amplificateur principal. Lorsqu'il est connecté aux première et seconde entrées de l'amplificateur principal, l'étage de transconductance convertit en courant toute tension d'erreur représentant un décalage ou un bruit 1/f de l'amplificateur principal. Ce courant de décalage est ensuite intégré par l'étage d'intégrateur. Ainsi, une sortie fournie à l'étage d'intégrateur représente une réplique amplifiée et filtrée passe-bas du bruit 1/f de l'amplificateur principal.
[0017] L'étage de couplage du circuit de correction est alors configuré pour alimenter l'entrée de correction de l'amplificateur principal en courant proportionnel à la tension d'intégrateur, compensant ainsi les imperfections à basse fréquence de l'amplificateur principal.
[0018] En règle générale, la fréquence de commutation des premiers et seconds commutateurs est choisie de manière à être suffisamment élevée pour être respectivement supérieure à la fréquence de coupure 1/f de l'amplificateur principal et/ou supérieure à la fréquence de coupure 1/f de l'étage de transconductance. Ainsi, l'ensemble du circuit de correction peut former un amplificateur de transconductance formé en fréquence avec un pôle dans sa fonction de transfert qui est idéalement à zéro. Tant que sa transconductance est inférieure à la transconductance des première et seconde entrées de l'amplificateur principal à une fréquence à laquelle la sortie d'amplificateur principal ne provoque pas encore de déphasage significatif, le circuit de correction n'affecte pas la stabilité du fonctionnement de l'amplificateur principal. Ces conditions préalables peuvent être facilement remplies.
[0019] Le circuit de correction actuellement proposé présente des avantages par rapport à une conception de hachage conventionnelle, car il permet d'assouplir les exigences en matière de largeur de bande pour le circuit de correction. Il peut comprendre une faible consommation d'énergie ainsi qu'une opération de remise à zéro automatique qui évite une ondulation de sortie excessive.
[0020] Comme on le verra ici, le circuit de correction actuellement proposé est universellement applicable à un circuit amplificateur à faible consommation d'énergie et à faible bruit de scintillement ainsi qu'à un circuit de référence de bande interdite à faible consommation d'énergie et à faible bruit.
[0021] Selon un autre exemple, l'étage de couplage comprend un amplificateur de transconductance et comprend une première entrée d'étage de couplage, qui est connectable sélectivement à une première sortie d'intégrateur de l'étage d'intégrateur par l'un des premiers commutateurs.
[0022] Selon un autre exemple, l'étage de couplage comprend une seconde entrée d'étage de couplage connectable sélectivement à une seconde sortie d'intégrateur de l'étage d'intégrateur via un autre des premiers commutateurs.
[0023] Selon un autre exemple, l'étage de couplage comprend un amplificateur de couplage, par exemple mis en œuvre en tant qu'amplificateur de transconductance, dans lequel l'amplificateur de couplage comprend ou forme une première sortie d'étage de couplage qui est connectée à la première entrée de correction de l'amplificateur principal. L'amplificateur de transconductance de l'étage de couplage comprend ou forme en outre une seconde sortie d'étage de couplage connectée à la seconde entrée de correction de l'amplificateur principal. En mettant en œuvre l'étage de couplage en tant qu'amplificateur de transconductance, une tension obtenue à une sortie de l'étage d'intégrateur peut être transformée en un courant qui est proportionnel à la tension d'intégrateur. Ce courant peut ensuite être transféré aux entrées de correction de l'amplificateur principal, compensant ainsi ses imperfections à basse fréquence.
[0024] Dans certains exemples, la sortie du premier étage de couplage est une sortie d'amplificateur de transconductance de l'étage de couplage. La seconde sortie d'étage de couplage est une autre sortie d'amplificateur de transconductance de l'étage de couplage.
[0025] Dans certains exemples, la première entrée d'étage de couplage est une entrée ou est connectée à une entrée d'amplificateur de transconductance de l'étage de couplage. La seconde entrée d'étage de couplage peut être connectée ou peut former ou constituer une autre entrée d'amplificateur de transconductance de l'étage de couplage.
[0026] Selon un autre exemple, au moins une des premières entrées d'étage de couplage est connectée à un condensateur de maintien. Selon un autre exemple, l'autre des premières entrées d'étage de couplage est également connectée à un autre condensateur de maintien. Les condensateurs de maintien de l'étage de couplage peuvent être connectés avec une borne respectivement aux premières et deuxièmes entrées d'étage de couplage, dans lequel une autre borne des premier et second condensateurs d'entrée respectifs peut être connectée à un potentiel fixe, par exemple à la masse.
[0027] Grâce aux premier et second commutateurs, les condensateurs de maintien connectés aux premières et deuxièmes entrées d'étage de couplage peuvent être chargés à la tension de sortie respective de l'étage d'intégrateur. Lorsque la connexion de commutateur entre l'étage d'intégrateur et l'étage de couplage est ouverte, les condensateurs d'entrée peuvent maintenir la tension de sortie d'intégrateur du cycle d'horloge précédent aux premières et deuxièmes entrées d'étage de couplage.
[0028] Selon un autre exemple, l'étage d'intégrateur comprend un amplificateur d'intégration et comprend une première entrée d'intégrateur connectable sélectivement à une première sortie de l'étage de transconductance via l'un des seconds commutateurs.
[0029] Selon un autre exemple, l'étage d'intégrateur comprend une seconde entrée d'intégrateur connectable sélectivement à une seconde sortie de l'étage de transconductance via un autre des seconds commutateurs. Lorsque les seconds commutateurs sont fermés, les sorties de l'étage de transconductance sont ainsi connectées aux première et seconde entrées d'intégrateur de l'étage d'intégrateur.
[0030] Dans d'autres situations, par exemple lorsque les seconds commutateurs sont ouverts ou déconnectés, les première et seconde entrées d'intégrateur sont déconnectées des première et seconde sorties d'amplificateur respectives de l'étage de transconductance.
[0031] Selon un autre exemple, l'étage d'intégrateur comprend une première branche de rétroaction, connectant une première sortie d'intégrateur de l'amplificateur d'intégration à une première entrée d'intégrateur de l'amplificateur d'intégration via un premier condensateur. En complément ou en variante, l'étage d'intégrateur comprend une seconde branche de rétroaction connectant une seconde sortie d'intégrateur de l'amplificateur d'intégration à une seconde entrée d'intégrateur de l'amplificateur d'intégration via un second condensateur.
[0032] En règle générale, l'étage d'intégrateur comprend des première et seconde branches de rétroaction internes à l'étage, par lesquelles la première entrée d'intégrateur est connectée à la première sortie d'intégrateur et par lesquelles la seconde sortie d'intégrateur est connectée à la seconde entrée d'intégrateur. Les deux branches de rétroaction peuvent être dotées de condensateurs de rétroaction respectifs, qui peuvent être de capacité égale.
[0033] Les première et seconde branches de rétroaction, chacune dotée de premier et second condensateurs, permettent d'établir une tension entre les condensateurs pendant le cycle d'horloge, par exemple pendant une séquence alternée de premier et second commutateurs fermés et ouverts.
[0034] Selon un autre exemple, l'étage de transconductance comprend une première entrée d'amplificateur et une deuxième entrée d'amplificateur connectables sélectivement à la première entrée d'amplificateur et à la deuxième entrée d'amplificateur par d'autres commutateurs parmi les premiers et/ou seconds commutateurs. L'étage de transconductance peut également comprendre une branche de rétroaction interne, à savoir une première branche de rétroaction connectant une première sortie d'amplificateur à une troisième entrée d'amplificateur et une seconde branche de rétroaction connectant une seconde sortie d'amplificateur à une quatrième entrée d'amplificateur. Les branches de rétroaction peuvent être dotées respectivement d'un premier commutateur. Pendant des intervalles de temps dans lesquels les premiers commutateurs sont ouverts, les branches de rétroaction entre les première et seconde sorties d'amplificateur et les première et seconde entrées d'amplificateur sont interrompues. Ce n'est que pendant les intervalles de temps dans lesquels les premiers commutateurs sont fermés que les branches de rétroaction de l'étage de transconductance sont actives.
[0035] En fermant les premiers commutateurs, en établissant ainsi une connexion conductrice entre la première sortie d'amplificateur et la troisième entrée d'amplificateur, ainsi qu'en établissant une connexion conductrice entre la seconde sortie d'amplificateur et la quatrième entrée d'amplificateur, tout en connectant simultanément la première entrée d'amplificateur et la deuxième entrée d'amplificateur à une tension de mode commun appropriée, l'étage de transconductance et donc l'amplificateur de transconductance peuvent effectuer une procédure de remise à zéro automatique, qui est efficace pour éliminer tout décalage intrinsèque de l'amplificateur respectif.
[0036] En outre, la première branche de rétroaction de l'étage de transconductance comprend un premier condensateur de maintien connecté par une extrémité à la troisième entrée d'amplificateur de l'amplificateur de transconductance et connecté par une autre extrémité à un potentiel fixe, par exemple à la masse.
[0037] Selon un autre exemple, la seconde branche de rétroaction de l'étage de transconductance comprend un second condensateur de maintien connecté par une extrémité à la quatrième entrée d'amplificateur de l'amplificateur de transconductance et connecté à un potentiel fixe par une autre extrémité.
[0038] Selon un autre exemple, l'étage de transconductance comprend un amplificateur de transconductance avec une première entrée d'amplificateur, une première sortie d'amplificateur, une deuxième entrée d'amplificateur et une seconde sortie d'amplificateur. La première entrée d'amplificateur peut représenter ou constituer une entrée respective de l'étage de transconductance. La deuxième entrée d'amplificateur peut former ou constituer une seconde entrée respective de l'étage de transconductance. De même, les première et seconde sorties d'amplificateur peuvent former ou constituer des première et seconde sorties respectives de l'étage de transconductance.
[0039] Cet exemple spécifique permet de mettre en œuvre le circuit de correction avec une référence de bande interdite à faible consommation d'énergie et à faible bruit.
[0040] Selon un autre exemple, l'étage de transconductance comprend au moins une parmi une première branche de rétroaction et une seconde branche de rétroaction, dans lequel la première branche de rétroaction connecte sélectivement la première sortie d'amplificateur à la première entrée d'amplificateur via un premier commutateur. La seconde branche de rétroaction connecte sélectivement la seconde sortie d'amplificateur à la deuxième entrée d'amplificateur via un autre premier commutateur.
[0041] En outre, la première entrée d'amplificateur de l'étage de transconductance peut être connectée à la deuxième entrée d'amplificateur via un premier condensateur. La deuxième entrée d'amplificateur de l'étage de transconductance peut être connectée à la première entrée d'amplificateur via un second condensateur. Le premier condensateur peut être en série avec un second commutateur, ce qui permet de connecter sélectivement le premier condensateur et la première entrée d'amplificateur à la deuxième entrée d'amplificateur. Un premier commutateur peut fournir une connexion en série sélective entre le premier condensateur et la première entrée d'amplificateur. Lorsque le second commutateur en série est fermé, les premier et second condensateurs sont connectés en parallèle. Cette configuration permet de stocker la tension de décalage d'amplificateur ainsi que la différence de tension de mode commun entre l'amplificateur principal et l'amplificateur de transconductance sur les condensateurs.
[0042] Les premier et second condensateurs ou condensateurs d'entrée des premières et deuxièmes entrées d'amplificateur découplent respectivement les tensions de mode commun d'entrée respectives de l'amplificateur principal et de l'amplificateur de transconductance et peuvent donc être mis en œuvre lorsque le circuit de correction est configuré pour un amplificateur à faible consommation d'énergie et à faible bruit de scintillement.
[0043] Selon un autre exemple, les premiers commutateurs et les seconds commutateurs sont commutables simultanément et alternativement à une fréquence de commutation qui est supérieure à la fréquence de coupure de bruit 1/f de l'amplificateur principal.
[0044] Selon un autre exemple, les premiers commutateurs peuvent être commandés et/ou commutés par un premier signal d'horloge indépendamment des seconds commutateurs.
[0045] Selon un autre exemple, les seconds commutateurs peuvent être commandés et/ou commutés par un second signal d'horloge indépendamment des premiers commutateurs. Généralement, les premier et second signaux d'horloge sont des signaux d'horloge alternatifs ou alternés. Ainsi, le premier signal d'horloge n'est au un logique que lorsque le second signal d'horloge est au zéro logique. Réciproquement, le second signal d'horloge n'est au un logique que lorsque le premier signal d'horloge est au zéro logique. Dans certains exemples, tous les premiers commutateurs sont commutés en même temps et/ou simultanément par le premier signal d'horloge. Tous les seconds commutateurs sont commutés en même temps et/ou simultanément par le second signal d'horloge.
[0046] Le circuit de correction comprenant l'étage de transconductance, l'étage d'intégrateur et l'étage de couplage peut former ou constituer un amplificateur de transconductance formé en fréquence dont le pôle est égal ou proche de zéro. Tant que sa transconductance est inférieure à la transconductance des entrées d'amplificateur de l'amplificateur principal à une fréquence à laquelle la sortie d'amplificateur principal ne provoque pas encore de déphasage significatif, le circuit de correction n'affecte pas sensiblement la stabilité du fonctionnement de l'ensemble du circuit d'amplification.
[0047] Dans certains exemples, la fréquence à laquelle les premiers et seconds commutateurs sont alternativement commutés est comprise entre 10 kHz et 1 MHz. Dans certains exemples, la fréquence d'horloge des commutateurs est d'environ 100 kHz.
[0048] Selon un autre aspect, il est proposé un circuit amplificateur à faible bruit. Le circuit amplificateur à faible bruit comprend un amplificateur principal à temps continu comprenant une première entrée d'amplificateur, une deuxième entrée d'amplificateur, une première entrée de correction et une seconde entrée de correction, ainsi qu'une sortie. En conséquence, le circuit amplificateur à faible bruit comprend en outre un circuit de correction tel que décrit ci-avant, dans lequel l'étage de transconductance du circuit de correction est connectable à la première entrée et à la deuxième entrée d'amplificateur principal et dans lequel l'étage de couplage du circuit de correction est connectable à la première entrée de correction et à la seconde entrée de correction de l'amplificateur principal à temps continu.
[0049] Avec cette mise en œuvre, le circuit de correction peut fournir une réduction du bruit de scintillement de l'amplificateur principal tout en maintenant sa largeur de bande complète et sa marge de phase. Le bruit de scintillement de l'amplificateur à temps continu ainsi que sa tension de décalage d'entrée peuvent être efficacement supprimés.
[0050] Selon un autre aspect, la présente invention concerne également un circuit de référence de bande interdite. Le circuit de référence de bande interdite comprend un amplificateur à temps continu comprenant une première entrée d'amplificateur, une deuxième entrée d'amplificateur, une première entrée de correction, une seconde entrée de correction et une sortie. L'amplificateur à temps continu est généralement mis en œuvre comme décrit ci-avant en relation avec le circuit de correction. Le circuit de référence de bande interdite comprend en outre un circuit de correction tel que décrit ci-avant, dans lequel l'étage de transconductance du circuit de correction est connectable à la première entrée de l'amplificateur à temps continu et à la seconde entrée de l'amplificateur à temps continu.
[0051] L'étage de couplage du circuit de correction est connectable respectivement à la première entrée de correction et à la seconde entrée de correction de l'amplificateur à temps continu du circuit de référence de bande interdite. De cette manière, il est possible d'améliorer les références de bande interdite à faible consommation d'énergie et à faible bruit, qui peuvent présenter une tension de référence particulièrement stable avec une consommation d'énergie relativement faible.
[0052] En principe, et puisque le circuit amplificateur à faible bruit ainsi que le circuit de référence de bande interdite comprennent un circuit de correction tel que décrit ci-avant, toutes les caractéristiques, tous les effets et tous les avantages décrits ci-avant en rapport avec le circuit de correction s'appliquent également au circuit amplificateur à faible bruit et aux circuits de référence de bande interdite.
Brève description des dessins
[0053] Dans ce qui suit, de nombreux exemples de l'invention seront décrits plus en détail en faisant référence aux dessins, dans lesquels : – la figure 1 représente un exemple d'un circuit amplificateur à faible bruit comprenant un circuit de correction selon la présente invention, – la figure 2 représente un exemple de circuit de référence de bande interdite incluant ou comprenant un circuit de correction tel que décrit ici, – la figure 3 représente un autre exemple d'un circuit de référence de bande interdite incluant ou comprenant un circuit de correction tel que décrit ici, et – la figure 4 représente un diagramme de synchronisation ou de commutation des signaux de commande de commutateur pour les premier et second commutateurs en fonction du temps.
Description détaillée de l'invention
[0054] La figure 1 représente un circuit amplificateur à faible bruit 60 comprenant un amplificateur principal à temps continu 50 connecté ou couplé à un circuit de correction 10. L'amplificateur à temps continu 50 comprend une première entrée d'amplificateur 51, une deuxième entrée d'amplificateur 52, une première entrée de correction 54 et une seconde entrée de correction 55. L'amplificateur principal 50 comprend également une sortie 53.
[0055] La première entrée 51 est en outre connectée à une entrée 61 du circuit amplificateur à faible bruit. La sortie 53 de l'amplificateur à temps continu 50 est connectée à un transistor 62, en particulier à une grille d'un transistor PMOS ou NMOS. Une source ou un drain du transistor 62 est également connecté à une sortie 63 du circuit amplificateur à faible bruit 60.
[0056] Le circuit amplificateur à faible bruit 60 comprend en outre une première résistance 64 et une seconde résistance 65, qui sont connectées en série. Les première et seconde résistances 64, 65 sont mutuellement connectées via un nœud 64'. La première résistance 64 est située entre le transistor 62 et le nœud 64'. La seconde résistance 65 est située entre le nœud 64' et la masse. Le nœud 64' est connecté à la deuxième entrée d'amplificateur 52. Le circuit de correction 10 comprend trois étages individuels, à savoir un étage de transconductance 20 en série avec un étage d'intégrateur 30 en série avec un étage de couplage 40.
[0057] L'étage de transconductance 20 est connectable aux première et deuxièmes entrée 51, 52 via un dispositif de commutation composé de premier et second commutateurs 70 et 71 qui sont commandés respectivement par des premier et deuxième signaux d'horloge P1 et P2. La sortie du circuit de correction 10 est connectée aux première et seconde entrées de correction 54 et 55 de l'amplificateur principal 50.
[0058] Plus précisément, l'étage de transconductance 20 comprend un amplificateur 21, qui est généralement mis en œuvre en tant qu'amplificateur de transconductance. L'amplificateur de transconductance 21 comprend une première entrée d'amplificateur 22 et une deuxième entrée d'amplificateur 23. L'amplificateur de transconductance 21 comprend en outre une première sortie d'amplificateur 24 et une seconde sortie d'amplificateur 25. La première sortie d'amplificateur 24 est connectée à la première entrée d'amplificateur 22 par une première branche de rétroaction 26. De même, la seconde sortie d'amplificateur 25 est connectée à la deuxième entrée d'amplificateur 23 par une seconde branche de rétroaction 27. Les branches de rétroaction 26, 27 sont interruptibles respectivement par des premiers commutateurs 78, 79, qui sont commandés par le premier signal d'horloge P1.
[0059] L'étage d'intégrateur 30 comprend un amplificateur 31. L'amplificateur d'intégration 31 est doté de première et seconde entrées ainsi que de première et seconde sorties, qui sont connectées respectivement à des première et seconde entrées d'intégrateur 32, 33 et à des première et seconde sorties d'intégrateur 34, 35. L'étage d'intégrateur 30 est également doté de première et seconde branches de rétroaction 36, 37. La première branche de rétroaction 36 connecte la première sortie d'intégrateur 34 à la première entrée d'intégrateur 32. La seconde branche de rétroaction 37 connecte la seconde sortie d'intégrateur 35 à la seconde entrée d'intégrateur 33.
[0060] Les première et seconde branches de rétroaction 36, 37 sont chacune dotées de premier et second condensateurs de rétroaction 38, 39, qui sont en série respectivement avec les sorties d'intégrateur et les entrées d'intégrateur.
[0061] La première entrée d'intégrateur 32 est connectable à la première sortie d'amplificateur 24 via le second commutateur 74 qui est commandé par le second signal d'horloge P2. La seconde entrée d'intégrateur 33 est connectable à la seconde sortie d'amplificateur 25 via un autre second commutateur 75 qui est également commandé par le second signal d'horloge P2.
[0062] L'étage de couplage 40 comprend un amplificateur de couplage 41. L'amplificateur de couplage 41 est également mis en œuvre en tant qu'amplificateur de transconductance. L'amplificateur de couplage 41 est doté de première et seconde entrées et de première et seconde sorties, chacune formant ou constituant respectivement des première et seconde entrées d'étage de couplage 42, 43 ainsi que des première et seconde sorties d'étage de couplage 44, 45. La première sortie d'étage de couplage 44 est connectée à la première entrée de correction 54 de l'amplificateur principal à temps continu 50. La seconde sortie d'étage de couplage 45 est connectée à la seconde entrée de correction 55 de l'amplificateur principal 50.
[0063] La première entrée d'étage de couplage 42 est connectée à un premier condensateur d'entrée 46. La seconde entrée d'étage de couplage 43 est également connectée à un second condensateur d'entrée 47. Les premier et second condensateurs d'entrée 46, 47 sont chacun connectés à la masse par une borne opposée.
[0064] La première entrée d'étage de couplage 42 est connectable à la première sortie d'intégrateur 34 via un premier commutateur 76 commandé par le premier signal d'horloge P1. La seconde entrée d'étage de couplage 43 est connectée à la seconde sortie d'intégrateur 35 via un autre premier commutateur 77 qui est commandé par le premier signal d'horloge P1.
[0065] L'étage de transconductance 20 est en outre doté de premier et second condensateurs 28, 29. Le premier condensateur 28 est connecté à la première entrée d'amplificateur 22. Le second condensateur 29 est connecté à la deuxième entrée d'amplificateur 23. La borne opposée du second condensateur 29 est connectée à la première entrée d'amplificateur 51 de l'amplificateur principal 50. La borne du premier condensateur 28 qui n'est pas connectée à l'entrée d'amplificateur 22 est sélectivement connectée à la première entrée d'amplificateur 51 de l'amplificateur principal via le second commutateur 71 qui est commandé par le second signal d'horloge P2. En variante, elle peut être connectée à la seconde entrée 52 via un premier commutateur 70 qui est commandé par le premier signal d'horloge P1.
[0066] Ici, les premier et second commutateurs 70, 71 peuvent être agencés de manière à assurer une connexion sélective de la première entrée d'amplificateur 22 soit à la première entrée 51, soit à la seconde entrée 52 de l'amplificateur à temps continu 50 via les condensateurs 28 et 29. Lorsque le premier commutateur 70 est fermé et le second commutateur 71 est ouvert, les condensateurs 28 et 29 sont mutuellement connectés. Ici, et pendant les intervalles de temps au cours desquels les commutateurs 78 et 79 sont fermés, l'étage de transconductance 20 peut effectuer une phase de remise à zéro automatique, en stockant sa tension de décalage d'entrée sur les condensateurs 28 et 29.
[0067] Dans un intervalle de temps suivant, après l'ouverture du commutateur 70 et après la fermeture du commutateur 71, la première entrée d'amplificateur 22 est connectée à la deuxième entrée d'amplificateur 52 et la deuxième entrée d'amplificateur 23 est connectée à la première entrée d'amplificateur 51 respectivement via les premier et second condensateurs 28, 29.
[0068] De cette manière, l'étage de transconductance 20 convertit toute tension d'erreur qui représente un décalage ou un bruit 1/f de l'amplificateur principal 50 en un courant qui est intégré par l'étage d'intégrateur 30 suivant. La sortie de l'étage d'intégrateur 30 représente une réplique amplifiée et filtrée passe-bas du bruit 1/f de l'amplificateur à temps continu 50. L'étage de couplage 40 renvoie ensuite un courant à l'amplificateur principal 50 par les première et seconde entrées de correction 54, 55 de l'amplificateur principal à temps continu 50, qui est proportionnel à la tension aux première et seconde sorties d'intégrateur 34 et 35, compensant ainsi les imperfections à basse fréquence de l'amplificateur à temps continu 50.
[0069] La fréquence de commutation indiquée dans le diagramme de commutation de la figure 4 est typiquement choisie pour être suffisamment élevée pour être respectivement au-dessus de la fréquence de coupure 1/f de l'amplificateur à temps continu 50 et/ou au-dessus de la fréquence de coupure 1/f de l'amplificateur de transconductance 21 du circuit de correction 10. Ainsi, le circuit de correction 10 actuellement proposé forme un amplificateur de transconductance formé en fréquence dont un pôle est idéalement à zéro. Tant que sa transconductance est inférieure à la transconductance de l'étage d'entrée de l'amplificateur à temps continu 50 à une fréquence à laquelle l'étage de sortie de l'amplificateur à temps continu 50 ne provoque pas encore de déphasage significatif, le circuit de correction 10 et donc la branche de compensation n'affectent pas la stabilité de l'amplificateur à temps continu 50. Ces conditions préalables peuvent être facilement remplies.
[0070] Comme le représente le diagramme temporel de la figure 4, la fréquence d'horloge est caractérisée par une série de signaux „on“ et „off“ des premiers commutateurs commandés par le premier signal d'horloge P1 et des seconds commutateurs commandés par le second signal d'horloge P2. Les commutateurs commandés par les signaux P1 et P2 sont commutés en alternance. Ainsi, les premiers commutateurs commandés par le signal P1 ne sont activés (on) que lorsque les seconds commutateurs commandés par le signal P2 sont désactivés (off). De même, les seconds commutateurs commandés par le signal P2 ne sont activés (on) que pendant des intervalles de temps au cours desquels les premiers commutateurs commandés par le signal P1 sont désactivés (off). Les commutations „on“ et „off“ peuvent ne pas être simultanées. Au contraire, il peut y avoir un intervalle de temps pendant lequel aucun des premiers et seconds commutateurs commandés par les signaux P1 et P2 n'est activé (on).
[0071] Avec une fréquence d'horloge, c'est-à-dire avec une durée de cycle qui comprend une alternance complète d'activation et de désactivation des premiers et seconds commutateurs commandés par les signaux P1 et P2, d'environ 100 kHz, l'intervalle de temps peut être de l'ordre de quelques nanosecondes seulement, par exemple entre 1 ns et 10 ns. Il peut être d'environ 5 ns.
[0072] Dans l'autre exemple de la figure 2, le circuit de correction 10 décrit ci-avant en relation avec la figure 1 est maintenant reproduit en tant que circuit de correction 100. Sauf indication contraire, toutes les caractéristiques du circuit de correction 10 s'appliquent également au circuit de correction 100. Par conséquent, dans l'exemple de la figure 3, les mêmes numéros de référence ou des numéros similaires sont utilisés, à moins qu'ils ne soient décrits différemment.
[0073] Le circuit de correction 100 fait partie d'un circuit de référence de bande interdite 80. Le circuit de référence de bande interdite 80 comprend un amplificateur à temps continu 50 comprenant également une première entrée 51, une seconde entrée 52, une première entrée de correction 54 et la seconde entrée de correction 55 ainsi qu'une sortie 53. La sortie 53 de l'amplificateur à temps continu 50 est connectée à une grille d'un transistor PMOS ou NMOS 82. L'un parmi une source et un drain du transistor 82 est connecté à une sortie de référence 83 du circuit de référence de bande interdite 80. Le circuit de référence de bande interdite 80 comprend une première branche 84 et une seconde branche 85 en parallèle à la première branche 84.
[0074] La première branche 84 comprend une première résistance 86 suivie d'un nœud 86'. La seconde branche 85 comprend une première résistance 87 et une seconde résistance 88 en série avec la première résistance 87. La première branche 84 comprend en outre un premier transistor 81, qui est connecté à la base et au collecteur et qui est également connecté à la masse. La seconde branche 85 comprend un second transistor 89, qui est également connecté à la base et au collecteur et qui est en outre connecté à la masse.
[0075] Un nœud 87' situé entre les résistances 87, 88 est connecté à la première entrée 51 de l'amplificateur à temps continu 50. Le nœud 86' de la première branche 85 est connecté à la seconde entrée 52 de l'amplificateur à temps continu 50.
[0076] Le circuit de correction 100 comprend également un étage de transconductance 20', qui est légèrement modifié par rapport à l'étage de transconductance 20 du circuit de correction 10 selon la figure 1. Le circuit de correction 100 comprend également un étage d'intégrateur 30, qui est configuré de la même manière que l'étage d'intégrateur 30 du circuit de correction 10. Le circuit de correction 100 comprend en outre un étage de couplage 40, qui est mis en œuvre exactement comme l'étage de couplage 40 du circuit de correction 10. En ce qui concerne les caractéristiques et la fonctionnalité de l'étage d'intégrateur 30 et de l'étage de couplage 40, on peut se référer à la description du circuit de correction 10 en relation avec la figure 1.
[0077] L'étage de transconductance modifié 20' comprend un amplificateur de transconductance 21' comprenant une première entrée d'amplificateur 22, une deuxième entrée d'amplificateur 23, une troisième entrée d'amplificateur 22' et une quatrième entrée d'amplificateur 23'. L'amplificateur de transconductance 21' comprend également une première sortie d'amplificateur 24 et une seconde sortie d'amplificateur 25. L'étage de transconductance 20' comprend en outre une première branche de rétroaction 26 connectant la première sortie d'amplificateur 24 à la troisième entrée d'amplificateur 22' de l'amplificateur de transconductance 21' via un premier commutateur 78. Une seconde branche de rétroaction 27 connecte la seconde sortie d'amplificateur 25 à la quatrième entrée d'amplificateur 23' de l'amplificateur de transconductance 21' via un autre premier commutateur 79.
[0078] La première branche de rétroaction 26 et la seconde branche de rétroaction 27 peuvent toutes deux être interrompues respectivement par les premiers commutateurs 78 et 79. Les deux commutateurs sont commandés par le premier signal d'horloge P1. Les condensateurs 28' et 29', agissant en tant que condensateurs de maintien, sont connectés respectivement aux entrées d'amplificateur 22' et 23'. Les bornes opposées des premier et second condensateurs de maintien 28', 29' sont connectées à un potentiel fixe, par exemple la masse.
[0079] Le fonctionnement de l'étage de transconductance 20' et donc de l'amplificateur de transconductance 21' est directement comparable au fonctionnement de l'étage de transconductance 20 et de l'amplificateur de transconductance 21 tel qu'il est décrit en relation avec le circuit de correction 10 selon la figure 1. Ici, les première et seconde entrées d'amplificateur 22, 23 peuvent être connectées à une tension d'entrée de mode commun VCM via les premiers commutateurs 70 et 72 qui sont commandés par le premier signal d'horloge P1. En outre, la première entrée d'amplificateur 22 peut être sélectivement connectée à la deuxième entrée d'amplificateur 52 par un second commutateur 71. La deuxième entrée d'amplificateur 23 peut être sélectivement connectée à la première entrée d'amplificateur 51 via un autre second commutateur 73. Les deux commutateurs 71 et 73 sont commandés par le second signal d'horloge P2.
[0080] La figure 3 illustre un autre exemple d'un circuit de correction 100 à utiliser dans un circuit de référence de bande interdite 80. Le circuit de correction 100 est identique au circuit de correction décrit en relation avec la figure 2. Seul le circuit de référence de bande interdite 80 comprend un autre type de configuration de référence de bande interdite. Les transistors 81, 89 ont été remplacés par des diodes 81', 89' respectives. Ici, de cette manière, seul le type spécifique du circuit de référence de bande interdite a été légèrement modifié. Le circuit de correction 100 décrit ci-avant en relation avec la figure 2 est également utilisable et efficace avec le circuit de référence de bande interdite 80' illustré sur la figure 3.
Nomenclature
[0081] 10 circuit de correction 20 étage de transconductance 20' étage de transconductance 21 amplificateur de transconductance 21' amplificateur de transconductance 22 entrée d'amplificateur 22' entrée d'amplificateur 23 entrée d'amplificateur 23' entrée d'amplificateur 24 sortie d'amplificateur 25 sortie d'amplificateur 26 branche de rétroaction 27 branche de rétroaction 28 condensateur d'entrée 28' condensateur de maintien de décalage 29 condensateur 29' condensateur de maintien de décalage 30 étage d'intégrateur 31 amplificateur 32 entrée d'intégrateur 33 entrée d'intégrateur 34 sortie d'intégrateur 35 sortie d'intégrateur 36 branche de rétroaction 37 branche de rétroaction 38 condensateur 39 condensateur 40 étage de couplage 41 amplificateur de transconductance 42 entrée d'étage de couplage 43 entrée d'étage de couplage 44 sortie d'étage de couplage 45 sortie d'étage de couplage 46 condensateur de maintien 47 condensateur de maintien 50 amplificateur principal 51 entrée d'amplificateur 52 entrée d'amplificateur 53 sortie 54 entrée de correction 55 entrée de correction 60 circuit amplificateur 61 entrée 62 transistor 63 sortie 64 résistance 64' nœud 65 résistance 70 commutateur 71 commutateur 72 commutateur 73 commutateur 74 commutateur 75 commutateur 76 commutateur 77 commutateur 78 commutateur 79 commutateur 80 circuit de référence de bande interdite 81 transistor 81' diode 82 transistor 83 sortie de référence 84 branche 85 branche 86 résistance 87 résistance 88 résistance 89 transistor 89' diode 100 circuit de correction

Claims (15)

1. Circuit de correction (10 ; 100) pour un amplificateur principal (50), dans lequel l'amplificateur principal (50) comprend une première entrée d'amplificateur (51), une deuxième entrée d'amplificateur (52), une première entrée de correction (54), une seconde entrée de correction (55) et une sortie (53), le circuit de correction (10 ; 100) comprenant : – un étage de transconductance (20 ; 20') connectable à la première entrée d'amplificateur (51) et à la deuxième entrée d'amplificateur (52), – un étage d'intégrateur (30) connectable à l'étage de transconductance (20 ; 20'), – un étage de couplage (40) connectable à l'étage d'intégrateur (30) et connecté à la première entrée de correction (54) et à la seconde entrée de correction (55), et – un certain nombre de premiers commutateurs (70, 72, 76, 77, 78, 79) et un certain nombre de seconds commutateurs (71, 73, 74, 75) respectivement commutables séparément par des premier et second signaux d'horloge (P1, P2), pour une connexion et une déconnexion cadencées de l'amplificateur principal (50), de l'étage de transconductance (20 ; 20'), de l'étage d'intégrateur (30) et de l'étage de couplage (40).
2. Circuit de correction (10 ; 100) selon la revendication 1, dans lequel l'étage de couplage (40) comprend un amplificateur de couplage (41) et comprend une première entrée d'étage de couplage (42) connectable sélectivement à une première sortie d'intégrateur (34) de l'étage d'intégrateur (30) via l'un des premiers commutateurs (76).
3. Circuit de correction (10 ; 100) selon la revendication 2, dans lequel l'étage de couplage (40) comprend une seconde entrée d'étage de couplage (43) connectable sélectivement à une seconde sortie d'intégrateur (35) de l'étage d'intégrateur (30) via un autre des premiers commutateurs (77).
4. Circuit de correction (10 ; 100) selon l'une quelconque des revendications précédentes 2 et 3, dans lequel l'étage de couplage (40) comprend un amplificateur de couplage (41) avec une première sortie d'étage de couplage (44) connectée à la première entrée de correction (54) et avec une seconde sortie d'étage de couplage (45) connectée à la seconde entrée de correction (55).
5. Circuit de correction (10 ; 100) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel au moins l'une parmi la première entrée d'étage de couplage (42) et la seconde entrée d'étage de couplage (43) de l'étage de couplage (40) est connectée à un condensateur de maintien (46, 47).
6. Circuit de correction (10 ; 100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étage d'intégrateur (30) comprend un amplificateur d'intégration (31) et comprend une première entrée d'intégrateur (32) connectable sélectivement à une première sortie d'amplificateur (24) de l'étage de transconductance (20) via l'un des seconds commutateurs (74).
7. Circuit de correction (10 ; 100) selon la revendication 6, dans lequel l'étage d'intégrateur (30) comprend une seconde entrée d'intégrateur (33) connectable sélectivement à une seconde sortie d'amplificateur (25) de l'étage de transconductance (30) via un autre second commutateur (75).
8. Circuit de correction (10 ; 100) selon la revendication 6 ou 7, dans lequel l'étage d'intégrateur (30) comprend une première branche de rétroaction (36) connectant une première sortie d'intégrateur (34) de l'amplificateur d'intégration (31) à une première entrée d'intégrateur (32) de l'amplificateur d'intégration (31) via un premier condensateur (38) et/ou dans lequel l'étage d'intégrateur (30) comprend une seconde branche de rétroaction (37) connectant une seconde sortie d'intégrateur (35) de l'amplificateur d'intégration (31) à une seconde entrée d'intégrateur (33) de l'amplificateur d'intégration (31) via un second condensateur (39).
9. Circuit de correction (10 ; 100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étage de transconductance (20) comprend une première entrée d'amplificateur (22) et une deuxième entrée d'amplificateur (23) connectables sélectivement à la première entrée d'amplificateur (51) et à la deuxième entrée d'amplificateur (52) via au moins l'un des premier et second commutateurs (71, 73).
10. Circuit de correction (10 ; 100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étage de transconductance (20 ; 20') comprend : – un amplificateur de transconductance (21) avec une première entrée d'amplificateur (22), une première sortie d'amplificateur (24), une deuxième entrée d'amplificateur (23) et une seconde sortie d'amplificateur (25), et – au moins l'une parmi une première branche de rétroaction (26) et une seconde branche de rétroaction (27), dans lequel la première branche de rétroaction (26) connecte sélectivement la première sortie d'amplificateur (24) à l'une parmi la première entrée d'amplificateur (22) et une troisième entrée d'amplificateur (22') de l'amplificateur de transconductance (21) via un autre premier commutateur (78), et dans lequel la seconde branche de rétroaction (27) connecte sélectivement la seconde sortie d'amplificateur (25) à l'une parmi la deuxième entrée d'amplificateur (23) et une quatrième entrée d'amplificateur (23') de l'amplificateur de transconductance (21) via un autre premier commutateur (79).
11. Circuit de correction (100) selon la revendication 10, dans lequel la première branche de rétroaction (26) de l'étage de transconductance (20) comprend un premier condensateur de maintien de décalage (28') connecté par une extrémité à la troisième entrée d'amplificateur (22') de l'amplificateur de transconductance (21) et connecté à un potentiel fixe par une autre extrémité.
12. Circuit de correction (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes 9 à 11, dans lequel la première entrée d'amplificateur (22) de l'étage de transconductance (20) est connectée à la première entrée d'amplificateur (51) via un premier condensateur d'entrée (28) et l'un des seconds commutateurs (71) et dans lequel la deuxième entrée d'amplificateur (23) de l'étage de transconductance (20) est connectée à la deuxième entrée d'amplificateur (52) via un second condensateur d'entrée (29).
13. Circuit de correction (10 ; 100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les premiers commutateurs (70, 72, 76, 77, 78 et 79) et les seconds commutateurs (71, 73, 74 et 75) sont simultanément et alternativement commutables à une fréquence de commutation qui est supérieure à une fréquence de coupure de bruit 1/f de l'amplificateur principal (50).
14. Circuit amplificateur à faible bruit (60) comprenant : – un amplificateur à temps continu (50) comprenant : une première entrée d'amplificateur (51), une deuxième entrée d'amplificateur (52), une première entrée de correction (54), une seconde entrée de correction (55) et une sortie (53), – un circuit de correction (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étage de transconductance (20) du circuit de correction (10) est connectable à la première entrée d'amplificateur (51) et à la deuxième entrée d'amplificateur (52), et dans lequel l'étage de couplage (40) du circuit de correction (10) est connectable à la première entrée de correction (54) et à la seconde entrée de correction (55).
15. Circuit de référence de bande interdite (80) comprenant : – un amplificateur à temps continu (50) comprenant : une première entrée d'amplificateur (51), une deuxième entrée d'amplificateur (52), une première entrée de correction (54), une seconde entrée de correction (55) et une sortie (53), et – -un circuit de correction (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 13, dans lequel l'étage de transconductance (20) du circuit de correction (10) est connectable à la première entrée d'amplificateur (51) et à la deuxième entrée d'amplificateur (52), et dans lequel l'étage de couplage (40) du circuit de correction (10) est connectable à la première entrée de correction (54) et à la seconde entrée de correction (55).
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