ratioless

Un circuit sans rapport est un circuit dont la sortie ou le comportement ne dépend pas du rapport entre les valeurs des composants, leurs géométries ou leurs dimensions physiques. En électronique analogique, cela contraste fortement avec les conceptions dépendantes du rapport où les performances dépendent entièrement de la comparaison entre la taille d'un transistor et celle d'un autre, ou entre une résistance et sa paire. Les topologies sans rapport éliminent cette sensibilité, rendant les circuits plus robustes face aux tolérances de fabrication et à la dérive en température.

L'exemple classique est le miroir de courant. Un miroir de courant standard copie un courant d'entrée vers une sortie en faisant correspondre les rapports largeur/longueur des transistors; si ces rapports sont mal appariés, la copie est incorrecte. Un miroir de courant sans rapport, en revanche, utilise une rétroaction ou une architecture différente pour imposer des tensions ou des courants égaux sans nécessiter d'appariement géométrique précis. Le gain ou la fonction de transfert émerge de la physique (tensions de seuil, transconductance) plutôt que d'une disposition de précision.

Où la conception sans rapport offre une liberté

Les circuits sans rapport sont particulièrement précieux dans les frontaux de convertisseurs analogique-numérique, les amplificateurs de précision et les comparateurs intégrés où la puce doit fonctionner de la même manière qu'un transistor mesure 5 micromètres ou 7 micromètres de large. Les variations de processus pendant la fabrication peuvent décaler toutes les valeurs des composants de 10 à 20 pour cent; un circuit dépendant du rapport échoue, mais un circuit sans rapport s'adapte. C'est pourquoi les circuits à capacités commutées, qui reposent sur la conservation de la charge plutôt que sur les rapports de capacités, sont devenus l'épine dorsale des filtres analogiques et des convertisseurs de données modernes.

Le compromis est la complexité. Une conception sans rapport nécessite souvent plus de transistors, plus de boucles de rétroaction ou plus d'ingéniosité dans le routage des signaux pour éviter le piège du rapport. Elle peut également nécessiter une polarisation et une compensation minutieuses pour rester stable. Mais lorsque votre produit est expédié en millions d'unités et que les marges de rendement sont minces, éliminer le besoin d'apparier les transistors à moins de 5 pour cent vaut la surface de puce et l'effort de conception supplémentaires.

Le terme «ratioless» (sans rapport) lui-même est apparu dans les années 1980, à mesure que la conception de circuits analogiques intégrés mûrissait et que les concepteurs apprenaient à séparer la topologie de la géométrie. Il reste central dans le vocabulaire des ingénieurs en circuits intégrés analogiques qui doivent concevoir des circuits qui fonctionnent aussi bien en laboratoire qu'en usine.