Brevet FR2138015A1 — publié le 19721229

' 2138015 la présente invention concerne les circuits de division, notamment par deux. Il est habituellement nécessaire d'utiliser dans les circuits de division par deux un grand nombre de composants séparés (ou, 5 dans le cas des circuits intégrés, une grande surface de matière semiconductrice) et il faut souvent utiliser vm ou plusieurs condensateurs. Dans le cas où le circuit de division par deux convient de plus à la constitution d'un étage d'un circuit multiple de division notamment, le nombre des composants (ou la surface de ma-10 tière semiconductrice). est un paramètre important, et l'invention concerne un circuit de division par deux qu'on peut réaliser sous une forme peu encombrante, et sans qu'il faille utiliser de condensateurs . Plus précisément, l'invention concerne un circuit de division 15 par deux qui comprend trois dispositifs de commutation dont le premier es^ sensible à l'application au circuit du premier de deux signaux successifs d'entrée et passe d'un premier à un second état, le second dispositif de commutation étant sensible à la cessation du premier signal et passant alors d'un premier à un second état, 20 le troisième dispositif de commutation étant sensible à l'application du second signal d'entrée et passant d'un premier à un second état, en déclenchant ainsi la commutation des deux premiers dispositifs de commutation vers leur premier état, le troisième dispositif de commutation revenant dans son premier état à la fin du 25 second signal. Chaque dispositif de commutation comprend de préférence un premier transistor ayant un type de conductivité et un second transistor de type opposé de conductivité, les deux transistors étant reliés de manière à former un commutateur à réaction. 30 D'autres caractéristiques et avantages d'un circuit de divi sion par deux selon l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure t est une perspective d'un dispositif à semicondue-35 teur découpé suivant son axe central et comprenant deux transistors de conductivités de types opposés, associés de manière à former un commutateur à réaction ; 72 17622 2 2138015 la figure 2 est un circuit électrique représentant le dispositif de la figure 1 et l'interconnexion des transistors ; la figure 3 est un circuit électrique d'un circuit de division par deux selon l'invention, comprenant trois commutateurs 5 à réaction identiques à celui de la figure 2 ; et la figure 4 représente la forme d'onde des signaux d'entrée et de sortie du circuit de la figure 3. Sur la figure 1, un substrat 1 en silicium de type £ porte sur sa face supérieure une couche 2 de matière très dopée de type 10 n et une couche épitaxxale 3 de matière de type n. i 72 17622 3 2138015 Une région 4 en matière de type ;p, assurant un isolement et ayant la forme générale d'un trou de serrure, est disposée dans la couche 3, autour des bords de la couche 2. La partie de la couche 3 qui se trouve dans la région 4 comprend une masse 5 de matière de type n au contact de la couche 2. Dans la masse 5, deux parties séparées 6 et 7 de matière de type £ sont telles que la partie 6 entoure totalement la partie 7 à une certaine distance, la disposition est telle que la masse 5 comprend d'abord une couche inférieure 8 dont deux parties 8a et 8b sont au 10 contact de la face inférieure des parties 6 et 7, ensuite une région externe verticale 9 de forme tubulaire, ayant en coupe une forme de trou de serrure entourant la partie 6 et étant à son contact (et au contact de la région 4) et troisièmement, une région verticale interne pratiquement tubulaire 10 de 15 section carrée entourant la partie 7, en contact avec celle-ci avec la partie 6. Dans une variante, la région 10 peut avoir une section annulaire et elle peut alors entourer la partie 7, au contact avec celle-ci et avec une partie 6 comprenant un trou circulaire. Une couche 11 de matière fortement dopée 20 de type n est disposée dans la partie 6 de manière qu'elle soit totalement entourée par celle-ci et soit au contact de celle-ci tout en étant à une certaine distance de la couche 8 de la masse 5 dont elle est séparée par une partie 12 de la couche 6. Une couche 13 de matière fortement dopée de type n est 25 aussi disposée dans la région 9, avantageusement à l'extrémité la plus étroite du dispositif, de manière à être totalement entourée par la région 9 au contact de laquelle elle se trouve. Deux petites parties séparées 16 et 17 de matière très dopée de type p sont disposées respectivement dans les parties 6 et 7 de 30 manière à être entourées chacune par la partie associée, au contact de celle-ci. Quatre bornes électriques 15, 20, 25 et 30 sont fixées respectivement à la couche 13, la couche 11, la partie 16 et la partie 17 ; ces deux dernières parties sont disposées éventuellement uniquement pour assurer le contact 35 ohmique des bornes 25 et 30 avec les parties 6 et 7. les diverses matières utilisées et les procédés (tels qu'un procédé de diffusion) utilisés pour leur mise en place 72 17622 4 2138015 être comme décrit, peuvent/ceux qu'on utilise couramment pour realiser des circuits intégrés monolithiques planaires, comme le savent les spécialistes. Il est clair que le dispositif décrit sous forme d'un 5 circuit intégré planaire peut être utilisé comme vin "bloc bipolaire destiné à la réalisation de circuits électroniques. Le circuit électrique de ce bloc (tel que représenté sur la figure 2) est pratiquement celui d'un commutateur à deux transistors couplés par réaction, dans lequel un transistor n-p-n est couplé à un 10 transistor p-n-p, assurant un gain élevé de boucle. L'émetteur, la base et le collecteur du transistor n-p-n sont constitués respectivement par la couche 11, la partie 12 de la partie 6, la partie 8a de la masse 5. Us peuvent être reliés à un circuit externe par les bornes 20, 25 et 15 respectivement. L'émetteur, 15 la base et le collecteur du transistor p-n-p sont constitués respectivement par la partie 16, la région tubulaire 10 du corps 5 et la partie 6. Ils peuvent être reliés à un circuit externe par les bornes 30, 15 et 25 respectivement. Il faut noter que la borne 15 est commune au collecteur du transistor n-p-n et 20 à la base du transistor p-n-p, car la couche 8 et la région tubulaire 10 (qui est en fait un prolongement de la couche 8) sont solidaires et font partie de la masse 5» qui assure leur connexion, la couche 2 délimitant un trajet à faible résistance entre la borne 15 et les deux parties 8a et 8b de la couche 25 8 ainsi que la région 10. De manière analogue, il faut noter que la borne 25 est commune à la base du transistor n-p-n et au collecteur du transistor p-n-p car la partie 12 est solidaire de la partie 6 dont elle est un prolongement, si bien qu'elles sont associées. 30 Si on considère les deux transistors comme des entités séparées cependant, on peut considérer que le transistor p-n-p forme un trajet pratiquement horizontal pour les porteurs majoritaires, depuis la partie 7 vers la partie 6, dans toutes les directions à travers la région 10, alors que le transistor 35 n-p-n peut être considéré comme formant un trajet pratiquement vertical pour les porteurs majoritaires depuis la partie 8a de la masse 5 vers la couche 11, à travers la partie 12 de la partie 6. 72 17622 5 2138015 Lors de l'utilisation, la tension à la borne 30 étant supérieure à celle de la borne 20 (figure 2), l'application d'une tension intermédiaire appropriée à une des bornes 15 ou 25 provoque la conduction des deux transistors (à moins que 5 l'un soit polarisé en inverse, c'est-à-dire ait une jonction base-émetteur insuffisamment polarisée dans le sens direct). Lorsque les transistors conduisent, ils le font très rapidement et par réaction, du fait du gain élevé du transistor n-p-n et du transistor p-n-p, dû à l'émetteur entouré par la base et 10 au collecteur entouré par la base du transistor p-n-p. Le gain • élevé de bouele obtenu assure que le bloc reste fermement à l'état de conduction, même après retrait de la tension intermédiaire appliquée à la base et assure le passage à l'état de conduction, le bloc cessant de conduire uniquement lorsque le courant fourni 15 à la borne 25 ou passant par la borne 15, dépasse une proportion prédéterminée du courant circulant dans le dispositif depuis la borne 20, cette proportion-limite dépendant des gains relatifs des deux transistors. Par exemple, la valeur limite péut être dépassée si la différence de tension entre les bornes 20 15 et 30 et/ou entre les bornes 20 et 25 est modifiée de manière telle que l'un des transistors ou les deux sont polarisés en inverse. Bien que le bloc décrit comprenne deux transistors, la configuration particulière des masses respectives d'extrémité 25 (c'est-à-dire des émetteurs et des collecteurs) et des masses respectives intermédiaires (c'est-à-dire des bases) nécessite un accroissement de la surface du substrat qui n'est pas supérieur à 30 io environ de la surface normalement nécessaire pour un transistor unique n-p-n. En conséquence, ce bloc est 30 considéré comme tout à fait souhaitable pour la réalisation de divers circuits électroniques, dont des exemples sont décrits dans la suite du présent mémoire, bien que de tels circuits puissent- être évidemment réalisés à l'aide de composants séparés ou de blocs en circuit intégré autres que celui décrit. 35 Dans le circuit de division par deux de la figure 3, trois blocs A, B et C sont identiques aux blocs décrits en référence aux figures 1 et 2. Les bornes de chacun de ces blocs §AB ORIGINAL 71 17622 6 2138015 sont référencées dans la description qui suit par une lettre de référence qui est celle du bloc particulier suivie par la référée ce numérique qui est la même que sur les figures 1 et 2. Comme le montre la figure 3, les bornes A15, B15 C25 5 ne sont pas reliées au circuit, la borne- A20 est reliée à une tension de référence, par exemple de + 2 volts par rapport à la masse, la borne A30 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance 26 de 20 kilo-ohms à une ligne 27 maintenue à 'une tension positive de 6 volts,par exemple,par rapport à la masse. 10 la borne A25 est reliée par l'intermédiaire de deux résistances 28 et 29 de 10 kilohms aux bornes B25 et B20 respectivement, la borne B30 est reliée par une résistance 31 de 14 kilo-ohms à la ligne 27 et la borne B25 est reliée à la borne C30. la borne C20 est reliée à la masse et la borne C15 à la borne A30. lors 15 de l'utilisation, une impulsion électrique d'entrée, de préférence une impulsion rectangulaire,est appliquée à la borne B20 par l'intermédiaire d'une résistance 32 de 10 kilo-ohms, et chaque fois que le signal d'impulsion comprend deux cycles, la borne 30 transmet un signal de sortie sous forme d'impulsion. 20 On va maintenant décrire le fonctionnement du circuit de la figure 3. Initialement, avant application de la séquence d'impulsion du signal d'entrée, chacun des trois blocs A,B et C est à. l'état zéro, c'est-à-dire qu'il ne passe pas de courait de sa borne 30 à sa borne 20. lorsque la première.impulsion 25 de la séquence croît à une tension positive, elle élève la tension de la borne A25 jusqu'à ce que celle-ci atteigne une valeur suffisamment supérieure à la tension positive de référence de 2 volts pour le transistor n-p-n du bloc A,pour que celui-ci soit polarisé dans le sens direct et conduise. Ceci provoque 30 immédiatement le passage du bloc A à l'état 1 et la conduction entre les bornes A30 et A20s si hier que la tension à la borne est A30 tombe de 6 volts qui/la tension de la ligne 27? â environ 3 volts, (la chute de tension dans le bloc A étant d'srLYircn 1 volt). Comme le point d'entrée 1/2 est alors positif par 35 rapport à la borne A25, la borne B20 est positive par rapport à la borne B25, si bien que le transistor n-p-n du bloc B polarisé en inverse et le bloc 3 reste donc à 1'êta - ?éro. BA0 ÛR/q, 72 17622 7 2138015 De plus, la tension à la borne C15 (reliée à la borne A30) est supérieure à celle qui règne à la borne C30 (reliée à la borne B25) si bien que le transistor p-n-p du bloc C est polarisé en inverse et ce bloc C reste donc à l'état zéro. 5 Lorsque la première impulsion d'entrée devient négative, la tension de la borne B20 tombe au-dessous de celle qui règne à la borne B25, jusqu'à ce que le transistor n-p-n du bloc B soit polarisé en inverse, le bloc B passant alors à l'état 1. , Du fait de la résistance élevée assurée par les résistances 29 10 et 32, entre le point d'entrée I/P et la borne A25, le courant qui s'échappe du bloc par la borne A25 est très faible et est plus que compensé par l'effet de réaction des transistors du bloc A, si bien que ce dernier bloc reste dans l'état 1 (continue à conduire). La tension à la borne C15 reste donc supérieure 15 à celle de la borne C30 si bien que le bloc C reste à l'état zéro. Lorsque la seconde impulsion d'entrée de la séquence croît positivement, la tension à chacune des bornes B20, B25 et B30 s'élève proportionnellement jusqu'à ce que la borne C30 20- (reliée à la borne B25) atteigne une tension suffisamment supérieure à la tension (d'environ 3 volts) de la borne 015 (reliée à la borne A30) du transistor p-n-p du bloc C pour que celui-ci soit polarisé dans le sens direct. Le bloc C passe alors à l'état 1 et assure le passage d'un courant de la borne 25 C30 à la borne C20 qui est à la masse. La borne A30 reliée à la borne C15 est ainsi reliée à la masse par l'intermédiaire du transistor n-p-n du bloc C, le transistor p-n-p du bloc A n'est plus polarisé en inverse, si bien que ce dernier bloc passe à l'état- zéro. De plus,' lorsque le bloc C est relié à la masse 30 (c'est-à-dire est dans l'état 1), la tension au niveau de la borne B25 reliée à là borne C3Ô tombe à environ 1 volt (la chute ■de tension dans le bloc C étant d'environ 1 volt) si bien que, comme la tension à la borne B20 est positive du fait de la • partie positive de la seconde impulsion d'entrée, le transistor 35 n-p-n du bloc B est polarisé en inverse, et passe ainsi à l'état zéro. ' ' i Lorsque la seconde impulsion d'entrée de la séquence 72 17622 8 2138015 devient négative, la tension à la borne C30 diminue à la tension de la masse, le transistor p-n-p du bloc C n'étant plus polarisé dans le sens direct et le bloc C passant donc à l'état zéro, la tension à la borne A30 revient à la tension de la ligne 27 5 et fournit donc un signal de sortie O/P. Ainsi, un signal de sortie ayant une forme d'onde d'impulsion esl/fourni pour deux cycles du signal d'entrée, et les blocs A, B et C reviennent simultanément à leur état zéro initial, prêts pour line nouvelle séquence de deux impulsions ou cycles 10 20 II faut noter que l'ensemble du circuit diviseur par deux de la figure 3 (ou la totalité d'un circuit de division d'un ordre supérieur formé par plusieurs étages selon la figure 3) peut être réalisé sous forme d'un circuit planaire intégré, les résistances 26, 28, 29, 31 et 32 étant formées de façon intégrée 25 sous forme de résistances obtenues par un pincement ou par une stra> tification. Bien que les valeurs particulières des résistances puissent varier, on constate que cette variation est peu importante, dans la mesure où leur rapport est pratiquement le même que celui qui est calculé à partir des valeurs prévues. On 30 considère qu^ces rapports peuvent eux-mêmes varier d'environ 15 sans effet nuisible pour le fonctionnement précis du circuit de la figure 3. De plus, il faut noter qu'un tel circuit diviseur planaire intégré peut être réalisé sur une très faible • surface. 55 II est-bien-entendu que l'invention n'a été décrite et re présentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique" dpns 'ses éléments constitutifs sans pour-autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées. 72 17622 9 2138015 REVENDICATIONS 1. Circuit de division par deux, du type qui comprend trois dispositifs de commutation, caractérisé en ce que le premier dispositif de commutation est commandé par l'application au circuit 5 d'un premier de deux signaux successifs d'entrée et passe alors d'un premier à un second état de travail, en ce que le second dispositif de commutation est commandé par la cessation du premier signal et passe alors d'un premier à un second état de travail, en ce que le troisième dispositif de commutation est commandé par 10 l'application du second signal d'entrée et passe alors d'un premier à un second état de travail et commande la commutation des premier et second dispositifs de commutation à leur premier état de travail, et en ce que le troisième dispositif de commutation revient à son premier état de travail lors de la cessation du se-15 cond signal. 2*. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque dispositif de commutation comprend un premier transistor d'un type de conductivité et un second de type opposé de conductivité, les deux transistors étant associés de manière à former un 20 commutateur à réaction. 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier état de travail est un état non conducteur et le second un état conducteur. 4. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que • 25 chaque dispositif de commutation a une première borne reliée à l'émetteur du premier transistor, une seconde "borne reliée à la "base du premier transistor et au collecteur du second transistor, une troisième "borne reliée à l'émetteur du second transistor et une quatrième borne reliée à la fois à la base du second transis-30 tor et au collecteur du premier, et en ce que la seconde borne du premier dispositif de commutation est reliée par des trajets résistifs aux première et seconde bornes du second dispositif de commutation, la troisième borne du premier dispositif de commutation étant directement reliée à la quatrième borne du troisième 35 dispositif de commutation, et la seconde borne du second dispositif de commutation étant directement reliée à la troisième borne du troisième dispositif de•commutation, la troisième corne des BAD ORIGINAL 72 17622 10 2138015 premier et second dispositifs de commutation étant reliée par des trajets résistifs à line ligne d'alimentation ayant une tension de polarité prédéterminée, la première borne du premier dispositif de commutation étant reliée à une tension de référence qui est de 5 même polarité que celle de la tension d'alimentation et d'amplitude nettement inférieure à celle de la tension d'alimentation, la première borne du troisième dispositif de commutation étant destinée à être reliée à la masse. 5. Circuit selon la revendication 4» caractérisé en ce que 10 les trajets résistifs entre la seconde borne du premier dispositif de commutation et les première et seconde bornes du second dispositif de commutation ont des résistances pratiquement égales. BAD ORIGINAL