Brevet FR2068706A1 — publié le 19710827

La présente invention concerne un générateur de rythme quadruple pour la commande de montages logiques dynamiques commandés par des impulsions de rythme récurrentes. On connaît déjà des montages logiques et des éléments de mémoire 5 qui sont commandés par des impulsions de rythme. C'est ainsi qu'on a proposé, par exemple, un basculeur bistable dont l'information, une fois qu'elle est écrite, est continuellement renouvelée par une commande de rythme comportant quatre impulsions décalées entre elles dans le temps. Les basculeurs et les modules logiques commandés par des impulsions de rythme sont généralement 10 formés de transistors à effet de champ MOS. Les transistors à effet de champ MOS sont, généralement, constitués par un fragment de semi-conducteur d'un premier type de conductibilité dans lequel, à partir de l'une de ses faces, des.zones d'un second type de conductibilité séparées d'une distance déterminée sont diffusées. La zone de 15 surface du premier type de conductibilité comprise entre les deux zones en question est revêtue d'une couche isolante sur laquelle l'électrode de commande ou grille est disposée. A chacune des deux zones du second type de conductibilité est connectée une électrode principale, les deux électrodes ainsi prévues étant généralement désignées, respectivement, sous les noms 20 de "drain" et de "source" Xes transistors MOS sont la plupart du temps en silicium monocristallin, tandis que le matériau isolant, qui se trouve entre l'électrode de commande et la surface du semi-conducteur, est la plupart du temps de la silice. Four la commande d'un basculeur ou d'autres modules logiques, le 25 train d'impulsions représenté sur la figure 1 et qui comprend les impulsions 0^ à 0^ est, la plupart du temps, nécessaire. Les impulsions de rythne en phase 0^ et ou $3 et ^4 servent, généralement, à charger et à décharger des composants capacitifs, commencent deux à deux au même instant, la durée des impulsions 02 et 0^ étant toutefois plus longue que celle des impulsions 30 0X et 03. Les impulsions de rythme nécessaires sont jusqu'à présent générées à l'extérieur du montage qui doit être commandé par elles et sont amenées à ce montage par des liaisons extérieures. Dans les montages intégrés à l'état solide, ceci signifie que chacune des pLaquettes semi-conductrices 4 munie 35 d'un montage à commander doit présenter des fils supplémentaires pour l'application des impulsions de rythme. En conséquence, pour la seule commande rythmée, quatre fils d'amenée pénètrent dans le boîtier qui contient le montage intégré à l'état solide. 70 42787 2 2068706 L'invention a notamment pour objet de réduire le nombre des fils de rythme et de créer la possibilité de générer une partie des impulsions de rythme nécessaires dans un organe générateur intégré au montage à commander. 5 A cet effet, suivant l'invention, le parcours de courant commandé d'un transistor à effet de champ est monté en série avec un autre élément de commutation non linéaire ou de telle manière et il est commandé de telle façon que}lorsqu'une première impulsion d'entrée est appliquée à une électrode libre ls 2 ou 3 de l'élément de commutation 10 non linéaire ou Dp la capacité de sortie C associée au transistor à effet de champ est chargée, par l'intermédiaire de l'élément de commutation non linéaire, tandis que ladite capacité est déchargée en réponse à l'application d'une seconde impulsion d'entrée décalée dans le temps par rapport • à la première à l'électrode de commande 4 du transistor à effet de champ, 15 de sorte qu'à la jonction entre les deux composants apparaît une troisième impulsion qui commence avec l'une des impulsions d'entrée 0^ ou 0^ et qui se termine lorsque commence l'autre impulsion d'entrée immédiatement suivante 0^ ou 0^ , et cependant qu'une quatrième impulsion de rythme décalée dans le temps par rapport à la troisième est. générée par l'interversion 20 des deux impulsions d'entrées 0^ et 0^ par rapport au mode de commande choisi lors de la génération de la troisième impulsion, aux électrodes d'entrée respectives d'un second montage identique constitué par un autre transistor à effet de champ et par un autre élément de commutation non linéaire q4 ou d2 . 25 Le montage suivant l'invention exige deux conducteurs d'entrée pour deux impulsions de rythme décalées entre elles dans le temps, tandis que sa sortie est'formée de quatre conducteurs sur lesquels le train d'impulsions représenté sur la figure 1 est débité. Comme le générateur de rythme quadruple suivant l'invention est constitué par des composants pouvant être 30 aisément intégrés à l'état solide, ledit générateur de rythme peut être incorporé sans difficulté technologique dans le montage à commander, de sorte que le nombre des conducteurs est réduit et que la construction de l'ensemble du montage est simplifiée et rendue moins coûteuse, Le transistor à effet de champ du montage de rythme est avanta-35 geusement un transistor à effet de champ MOS comportant une électrode de commande isolée du fragment de semi-conducteur.' De même, l'élément de commutation non linéaire, pour permettre une construction simple du montage, est constitué, dans une forme d'exécution avantageuse de l'invention par un 70 42787 3 2068706 transistor à effet de champ MOS. L'électrode de commande de ce second transistor à effet de champ est alors de préférence court-circuitée avec l'électrode principale libre de ce même transistor. Toutefois, l'élément de commutation non linéaire peut également, 5 suivant une forme d'exécution particulièrement avantageuse et simple, être constitué par une diode montée en série avec le parcours de courant commandé du transistor à effet de champ de telle manière qu'elle devienne conductrice lorsqu'une impulsion est appliquée à son électrode libre. Une telle disposition présente cet avantage que la capacité appartenant au transistor 10 à effet de champ est rapidement chargée par l'intermédiaire de la diode. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente un train d'impulsions; 15 - les figures 2 à 5b représentent le générateur de rythme quadruple suivant l'invention. Sur la figure 2 est représentée schématiquement une plaquette de semi-conducteur 7 comprenant deux parties 8 et 11. La partie 8 contient le montage logique à commander, par exemple un basculeur, les composants et les 20 connexions de ce basculeur n'étant pas représentés. Ce montage logique est commandé par les impulsions 0^ à 0^ qui doivent être extraites de la partie générateur 11. La partie générateur 11 assure directement la génération des impulsions 0^ et 0^. Dans cette partie générateur, deux fils pénètrent pour introduire les impulsions d'entrée nécessaires 0^ et (Ô^. L'impulsion 0j,est 25- recueillie au moyen d'un premier montage 10, tandis qu'un second montage 9 est utilisé pour la génération de l'impulsion 0^. Sur les figures 3^, 3b, et 4b_, on a représenté comment les montages partiels 10 et 9 peuvent être réalisés. Le montage de la figure 3^ comprend deux transistors MOS et dont les parcours de courant commandés sont montés en série. Le transistor à 30 effet de champ MOS présente une capacité C qui se compose de la capacité de sortie de l'étage de commutation représenté sur la figure 3a^ de la capacité de liaison et de la capacité d'entrée de l'étage suivant. L'électrode de commande 1 du transistor à effet de champ MOS est court-circuitée avec l'électrode principale encore libre 2 de ce même transistor à effet de 35 champ. Les électrodes libres principales 2 et 6 des deux transistors MOS et montés en série sont généralement interconnectées. Le montage 10 au moyen duquel l'impulsion 0^ est générée, fonctionne comme suit : 70 42787 4 2068706 Lorsqu'on applique l'impulsion 0^ à l'électrode principale du transistor Q^j et par conséquent, en même temps, à son électrode de commande 1, le transistor Q2 devient conducteur, et la capacité C se charge en conséquence, par l'intermédiaire de ce transistor, pratiquement jusqu'à la tension de -5 l'impulsion de rythme 0^. Une fois que l'impulsion 0^ est terminée, le potentiel régnant sur la capacité C est maintenu, car les deux transistors MOS et Q2 sont bloqués. Sur les électrodes de commande 1 et 4 respectives des deux transistors MOS règne le potentiel 0. Lors de l'apparition de l'impulsion 0^. sur l'électrode de commande 4 du transistor Q^, celui-ci devient 10 conducteur de sorte que la capacité C se décharge avec une constante de temps déterminée par l'intermédiaire du transistor Q^. Il en résulte qu'il apparaît sur la capacité C et, par conséquent, sur l'électrode de liaison 5, entre les deux composants, une impulsion qui commence avec l'impulsion 0^ et se termine lorsque commence l'impulsion 0^. Cette impulsion de sortie correspond 15 à l'impulsion 0j représentée sur les figures 1 et 3b nécessaire à la commande d'un montage logique. Comme représenté sur la figure 4a, l'impulsion 0^ est fournie par un montage 9 identique au montage représenté sur la figure 3_a. Ce montage est donc également constitué par deux transistors à effet de champ MOS montés 20 en série, et Q^, la capacité C étant associée au transistor à effet de champ Q^. La seule différence avec le montage de la figure 3jï réside dans le _ mode de fonctionnement suivant lequel, dans la variante de la figure 4a, les deux impulsions d'entrée sont interchangées par rapport au mode de commande nécessaire lors de la .génération de l'impulsion 0^, aux électrodes d'entrée 25 respectives. L'impulsion 0^ est, en conséquence, appliquée à l'électrode principale 2' du transistor et, par conséquent, également à son électrode de commande 1'. Dans ces conditions, la capacité C' ne peut être chargée, par l'intermédiaire du transistor Q^, qu'au commencement de l'impulsion 0^ et se décharge ensuite à nouveau lorsque l'impulsion d'entrée 0^ apparaît 30 sur l'électrode de commande 4' du transistor, ce qui rend le transistor conducteur en établissant ainsi un parcours de courant de décharge pour la capacité C'. De cette manière, on obtient l'impulsion 0^, représentée sur les figures 4îi et 4b^, à l'électrode de liaison 5' entre les deux composants 35 et Q^, impulsion qui commence avec l'impulsion 0^ et se termine lorsque commence l'impulsion Sur les figures 5a et 51j sont représentés des montages qui sont équivalents, en ce qui concerne leur mode de fonctionnement, à ceux des figures 3a 70 42787 5 2068706 et k&_. Dans les montages des figures 5a et 51s les transistors et des montages des figures 3ji et 4ji ont été remplacés par des diodes D^ et Chacune de ces diodes est montée en série avec le parcours de courant commandé du transistor à effet de champ correspondant ou Q^, et ceci de 5 telle manière que, lors de l'apparition d'une impulsion sur l'électrode libre de la diode considérée 3 ou 3', cette diode devient conductrice. En conséquence, s'il apparaît à l'électrode 3 une impulsion 0^ caractérisée par un potentiel négatif U^, la capacité C se charge alors, par l'intermédiaire de la diode D^, au niveau du potentiel de l'impulsion diminué de la tension 10 directe de la diode. A la fin de l'impulsion 0^, la diode se bloque à nouveau. Comme le transistor reste également bloqué, le condensateur C ne peut plus se décharger. Une possibilité de décharge n'est alors rétablie que lors de l'apparition à l'électrode d'entrée 4 du transistor MOS d'une impulsion 0^ qui rend ce transistor conducteur. Dans ce cas, la capacité C se décharge, 15 par l'intermédiaire du transistor à effet de champ MOS Q^. A l'électrode de liaison 5 entre la diode et le transistor à effet de champ MOS, on peut donc recueillir une impulsion 0£ de la forme représentée sur la figure 3b^. Les mêmes considérations sont valables en ce qui concerne la génération de l'impulsion 0^ au moyen d'un montage identique constitué par la diode ^ et le transistor à 20 effet de champ MOS Q^. Ici encore, il se produit une interversion des impulsions 0^ et 0^, de sorte que la capacité C' est chargée lorsque l'impulsion 0^ commence et à nouveau déchargée au début de l'impulsion 0^ appliquée à l'électrode de commande 4' du transistor Q^. Avec un tel mode de fonctionnement du montage représenté à droite sur la figure 5, on obtient l'impulsion 0^ de la 25 figure 4b, La diode D^ ou peut également être remplacée par un autre élément de commutation non linéaire, et par exemple, par un transistor bipolaire. Un avantage essentiel du générateur de rythme quadruple suivant l'invention réside en ce que celui-ci peut désormais être intégré sur un fragment semi-conducteur commun avec des modules logiques intégrés qui doivent être 30 commandés par des impulsions de rythme. Ce générateur présente alors deux conducteurs d'entrée pour les impulsions d'entrée 0^ et 0^ et quatre conducteurs de sortie pour les impulsions d'entrée et de sortie 0^, 0^, 0^ et 0^. . Lesmodules logiques intégrés sont, dans ce cas, avantageusement également constitués par des transistors à effet de champ MOS à grille ou électrode de 35 commande isolée qui, le cas écb&nt,peuvent bien entendu être combinés avec d'autres composant usuels. 70 42787 6 2068706 REVENDICATIONS 1. Générateur de rythme quadruple pour la commande de montages logiques dynamiques commandés par des impulsions de rythme récurrentes, caractérisé 5 en ce que le parcours de courant commandé d'un transistor à effet de champ est monté en série avec un autre élément de commutation non linéaire ou D^ de telle manière et est commandé de telle façon que, lorsqu'une première impulsion d'entrée est appliquée à une électrode libre 1, 2 ou 3 de l'élément de commutation non linéaire Q2 ou D^ , la capacité 10 de sortie C associée au transistor à effet de champ est chargée, par l'intermédiaire de l'élément de commutation non linéaire, tandis que ladite capacité est déchargée en réponse à l'application d'une seconde impulsion d'entrée décalée dans le temps par rapport à la première, à l'électrode de commande 4 du transistor à effet.de champ, de sorte qu'à la jonction-15 entre les deux composants apparaît une troisième impulsion qui commence avec l'une des impulsions d'entrée 0^ ou 0^ et qui se termine lorsque commence l'autre impulsion d'entrée immédiatement suivante 0^ ou 0^ , et cependant qu'une quatrième impulsion de rythme décalée dans le temps par rapport à la troisième est générée par l'interversion des deux impulsions d'entrée 20 0^ et 0^ Par rapport au mode de commande choisi lors de la génération de la troisième impulsion, aux électrodes d'entrée respectives d'un second montage identique constitué par un autre transistor à effet de champ et par un autre élément de commutation non linéaire ou D2 .. 2. Générateur de.rythmé quadruple suivant la> revendication 1, caractérisé 25 en ce que le transistor à effet de champ Q^, est un transistor à effet de champ MOS à grille ou électrode de commande isolée du fragment de semiconducteur. t 3. Générateur de rythme quadruple suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de commutation non linéaire Q2, • est un transistor 30 à effet de champ MOS à électrode de commande isolée du fragement de semiconducteur, et en ce que ladite électrode de commande est court-circuitée avec l'électrode principale libre de ce transistor à effet de champ Q„, Q, , 2 4 ' 4. Générateur de rythme quadruple suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de commutation non linéaire D^, D^ est une diode montée 35 en série avec le parcours de courant commandé du transistor à effet de champ Ql» Qg, de telle manière qu'elle devienne conductriceilorsqu'une impulsion apparaît à son électrode libre. > 70 42787 7 2068706 5. Générateur de rythme quadruple suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la capacité de sortie G associée au transistor à effet de champ se compose de la capacité de sortie proprement dite de ce transistor, de la capacité de liaison et de la capacité d'entrée da l'étage suivant. 5 6. Générateur de rythme quadruple suivant l'une quelconque des revendi cations 1 à 5, caractérisé en ce que le générateur est incorporé avec des modules logiques intégrés qui sont commandés par des impulsions de rythme, à un fragment de semi-conducteur commun, et en ce que ledit générateur présente deux conducteurs d'entrée pour les impulsions d'entrée 0^, 0^ et quatre 10 conducteurs de sortie pour les impulsions de sortie 0^, $3* $4/ 7. Générateur de rythme quadruple suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les modules logiques sont également réalisés avec des transistors à effet de champ MOS à électrode de commande isolée.