Brevet FR2111785A1 — publié le 19720609

L'invention concerne un circuit transistorisé intégré muni de moyens permettant de se rendre compte du degré de saturation d'un transistor. 2ans un circuit connu, dès que la jonction 'base-collecteur du transistor est conductrice, un deuxième transistor est ouvert, de sorte 5 qu'un courant devient disponible. Ce courant peut être utilisé par exemple pour empêcher une excitation trop forte du premier transistor et, partant, une trop forte accumulation de charge dans la hase de celui-ci. Une autre application consiste en ce que ce courant ou la tension correspondant â ce courant est utilisé pour le conditionnement sensible 10 d'un circuit basculeur, ce qui sera expliqué par la suite. Par le terme "saturation", il y a lieu d'entendre ici la situation dans laquelle le premier transistor devient conducteur au point que le collecteur injecte des charges dans la base, et inversement. Le circuit conforme à l'invention convient en particulier pour 15 être réalisé sous forme intégrée. Dans ce cas, il importe d'éviter, dans la mesure du possible, l'emploi de composants nécessitant beaucoup de place. C'est pourquoi dans le composant intégré, il ne peut pas être question de l'emploi d'inductances, tandis que le nombre de condensateurs et de résistances doit être limité autant que possible. Dans ce 20 cas, on obtient en outre que le circuit convient pour fonctionner à des fréquences très élevées et avec des impulsions de très courte durée. Cette propriété est très favorable lorsqu'il s'agit de circuits logiques. L'invention est remarquable en ce que. latéralement par rapport à une zone entourée de la jonction de collecteur-base du (premier) 25 transistor, on a élaboré une autre zone de même type de conduction, formant la zone de collecteur d'un (deuxième) transistor latéral dont la jonction émet-teur-base correspond à la jonction base-collecteur du premier transistor, et que pendaiit l'état de saturation du premier transistor, des charges, captées par le collecteur du deuxième transistor, 30 sont fournies à une impédance aux'extrémités "de laquelle est engendrée une tension dont l'amplitude est fonction du degré de saturation du premier transistor. Suivant une solution préférée, dans le voisinage de la zone de base d'un premier transistor transversal réalisé sous forme intégrée, on 35 a élaboré l'autre zone qui a le même type de conduction que ladite zone de base et qui, par la zone de collecteur du transistor transversal, est séparée de la zone de base de telle manière que se forme le (deuxième) transistor latéral dont le type de conduction opposé à celui du (premier) transistor latéral, et dont le collecteur est formé par ladite 71 37888 2 2111785 autre zone, alors que des charges captées par ce collecteur, sont fournies à l'impédance aux extrémités de laquelle est engendrée une tension dont l'amplitude est fonction du degré de saturation. De préférence, cette impédance est formée par le trajet base-5 émetteur d'un troisième transistor dont l'électrode d'entrée, située à l'opposé du collecteur du deuxième transistor, est mise pratiouement au même potentiel que l'émetteur du transistor cité en premier lieu. Ce faisant, on obtient que la tension engendrée au collecteur du deuxième transistor à l'instant où débute l'état de saturation du premier tran-10 sistor a exactement la valeur convenable pour l'excitation de la base du troisième transistor, sans nécessiter l'adjonction d'autres composants. Il va de soi que la liaison reliant le collecteur du deuxième transistor et la base du troisième peut comporter une résistance et/ou un autre amplificateur, mais de tels composants sont généralement superflus, de 15 sorte que l'on peut se contenter d'une seule liaison. Dans ce cas, on obtient toutefois un circuit très simple et efficace, pouvant être réalisé facilement sous forme intégrée. Une autre variante du circuit transistorisé conforme à l'invention est remarquable en ce qu'il est muni de moyens permettant de se 2o rendre Compte du degré de saturation d'un premier transistor dont le trajet base-collecteur est shunté par le trajet émetteur-base d'un deuxième transistor, le circuit comportant un troisième transistor alors que le collecteur du deuxième transistor est raccordé à une électrode d'entrée (la base ou l'émetteur) du troisième transistor dont l'autre 25 électrode d'entrée (l'émetteur ou la base) a pratiquement le même potentiel que l'émetteur du premier transistor. Il est connu d'élaborer une autre zone dans le voisinage de la zone de base d'un premier transistor transversal, de façon à former ainsi un deuxième transistor latéral de type de conduction opposé. Dans ce 30 cas toutefois, l'autre zone est généralement mise à une tension telle que cette autre zone fonctionne comme l'émetteur d'un deuxième transistor. Dans le circuit conforme à l'invention, l'a.utre zone est toutefois .polarisée de façon à fonctionner comme collecteur, et à ne fournir une tension correspondante que dans l'état de saturation. 35 La description suivante, en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La fig. 1 est le schéma de principe d'un circuit transistorisé amplificateur conforme à l'invention. 40 La fig. 2.est une coupe-qui illustre la façon dont est réalisé 71 37888 3 2111785 le composant semi-conducteur intégré correspondant. La fig. 2a est une vue en plan du composant semiconducteur illustré en coupe sur la fig. 2. La fig. 3 est un autre schéma de connexion dans lequel on a 5 mis à profit le principe de l'invention. La fig. 4 illustre la réalisation du composant semiconducteur selon la fig. 3« Sur la fig. 1, l'émetteur d'un premier transistor npn a par exemple le potentiel de masse, tandis que la "base du transistor re-10 çoit une tension d'entrée cependant qu'au collecteur, on prélève un signal amplifié, qui est par exemple une tension amplifiée Vq, engendrée aux extrémités de la résistance de charge R. Lorsque ladite tension d'entrée augmente, la tension du collecteur du transistor diminue jusqu'à devenir environ égale au potentiel d'émetteur (potentiel de 15 masse). Pour des tensions de collecteur aussi faibles, la tension de la base du transistor devient plus positive que la tension de collecteur de ce transistor; dans ce cas, la jonction collecteur-base est alors conductrice, et le collecteur commence à injecter des charges dans la base, et inversement. 20 Le but de l'invention est de déterminer ce degré de satura tion, d'en supprimer les suites désagréables et de mettre à profit pour d'autres fins de réglage du circuit la variation de tension résultant de ladite détermination du degré de saturation. En particulier, on évite dans la base une trop forte accumulation de charge, et on permet un 25 conditionnement sensible du circuit basculeur. La fig. 2 montre la construction correspondante d'un composant semiconducteur conforme à l'invention. Par la mise en oeuvre de techniques d'intégration courantes, on a formé dans un substrat de type de conduction £ un caisson de type de conduction n muni d'un contact de 30 collecteur c^. Dans ce caisson, on diffuse simultanément les zones de type de conduction £, munies d'un contact de base b^ et d'un contact de collecteur c^, la distance entre ces zones de type de conduction 3) étant telle cru 'elle paroet l'obtention d'une action pnp latérale. (A cet effet, la distance entre les zones de type de conduction jj doit être 35 inférieure à la longueur de diffusion des porteurs de charge minoritaires - c'est-à-dire les trous - dans la zone de type de conduction n séparant les zones de type de conduction ja). Par ailleurs, dans la première zone de type de conduction p, on a formé une zone de type de conduction n+, munie d'un contact d'émetteur e^. 40 Les zones de type de conduction n+pn connectées aux contacts 71 37888 4 2111785 e^, et forment un transistor transversal qui correspond au transistor T.j de la fig. 1. Les zones de type de conduction pnp connectées aux contacts b^, c^ et c^ forment le transistor latéral décrit ci-dessus, qui correspond au transistor de la fig. 1. Le contact C£ est mis à 5 la masse à travers une impédance Z qui, sur la fig. 1, est formée par le trajet base-émetteur du transistor T^. Par suite de cette liaison, le contact Cp fonctionne comme collecteur, le contact b^ comme émetteur, et le contact comme base de ce transistor latéral. Lorsqu'une tension positive croissante est appliquée au 10 contact b1, (une tension négative ne causerait aucun effet étant donné que toutes les fonctions p-n seraient alors bloquées) la tension Vq du contact c^ diminue et passe, de la valeur +B volts, (la tension d'alimentation) progressivement au potentiel de masse. Aussi longtemps que la tension est moins positive que la tension VQ, la jonction p-n 15 entre les zones raccordées aux contacts b^ et c^ fonctionne dans le sens de blocage, et de ce fait, le transistor pnp latéral (Î£ de la fig. 1) reste bloqué. Par contre, lorsque la tension devient plus positive que la tension Vq (début de la saturation du transistor ), la zone de type de conduction ja, raccordée au contact b^, commence à injecter des 20 trous dans la zone de type de conduction n raccordée au contact c^, ces trous étant captés par la zone voisine de type de conduction £, raccordée au contact Cg, étant donné £ue.justement cette zone porte alors une tension qui est négative par rapport à la tension V^. Pour obtenir un tel phénomène, également le transistor T^ 25 pourrait se trouver dans un caisson distinct, alors que dans ce cas le trajet émetteur-base de ce transistor T^ shunte le trajet base-collecteur du transistor . Hon seulement cette situation nécessite un plus grand encombrement, mais en outre, la topologie illustrée sur la fig. 2 a le grand avantage que directement à l'endroit où la jonction collec-30 teur-base du transistor transversal commence à injecter les trous - c'est-à-dire là où commence la saturation - la zone de type de conduction ]5 raccordée au contact O2 capte une partie de ces charges injectées, de sorte que la variation de la tension du contact peut être utilisée ultérieurement. En effet, â partir de +B, le courant traverse 35 la résistance R et le contact c^, traverse ensuite le transistor transversal et s'écoule ensuite de e^ vers la masse; c'est pourquoi la tension du contact c^ est plus positive que la tension dans la zone de collecteur de type de conduction n dans le voisinage immédiat de la jonction collecteur-base, et de ce fait, cette jonction peut se trouver 40 déjà dans la portée d'injection lorsque la tension du contact n'est 71 37888 5 2111785 pas encore devenue inférieure à la tension du contact . Dans la pratique, le transistor npn transversal est entièrement saturé pour une tension d'entrée environ égale à + 0,6 Y. La tension du contact collecteur c^ a alors diminué jusqu'à quelques di-^ zaines de mV. Le transistor pnp latéral est alors ouvert, et la tension du contact c^ reste de quelques dizaines de mV inférieure à la tension d'entrée Y^ (= 0,6 Y). Cette tension a juste la valeur convenable pour ouvrir le transistor qui sur la fig. 1 shunte la source de tension de signalisation. La source fournissant la tension de signalisation et 10 présentant une forte résistance interne subit de ce fait une plus forte charge, et la tension n'augmente pas davantage, mais le courant fourni à la base du transistor ne correspond en intensité qu'à la valeur qui est nécessaire pour l'état de saturation. On empêche ainsi une trop forte accumulation de- charge dans la zone- de base du transistor , de 15 sorte que la vitesse du circuit augmente lorsqu'il fonctionne avec des impulsions. A cet effet, la zone de type de conduction jd, raccordée au contact c2 n'est élaborée qu'en face d'une partie de la zone de type de conduction j), raccordée au contact b^, de sorte que la capacité propre de cette zone est réduite. Cette zone peut même (par exemple partielle-20 ment) être entourée de la zone de type de conduction £, connectée au contact b.j, comme le montre la vue en plan formant la fig. 2a, afin d'obtenir un grand facteur d'amplification de courant inverse base-collecteur du transistor pnp latéral. Pour compenser ladite perte de quelques dizaines de mY, le 25 trahsistor peut être muni d'une surface d'émetteur plus grande que celle du transistor , de sorte que le transistor devient conducteur à une tension de base plus réduite que la tension de base à laquelle le transistor devient conducteur. Il est possible aussi de brancher une résistance relativement peu encombrante, dans le circuit d'alimentation jO d'émetteur r du transistor , de sorte qu'avant le début de l'état de saturation du transistor , la tension doit être augmentée de la chute de tension dans la résistance (cette chute de tension étant par exemple de l'ordre de 50 mV). Du fait toutefois que l'émetteur du transistor Tj est directement à la masse, on obtient également dans ce cas jtj l'état de conduction du transistor dès que devient conducteur le transistor T^, et que commence donc la saturation du transistor . Par suite du grand facteur d'amplification totale des transistors T0 et T,, d 5* lesdites'mesures ne sont toutefois pas indispensables. L'exemple de réalisation illustré sur la fig. 3 montre l'ap-40 plication du principe conforme à l'invention pour le conditionnement du 71 37888 6 2111785 point de changement d'état d'un flip-flop. Le flip-flop proprement dit est formé par les deux transistors npn et T1^, dont les collecteurs sont connectés en croix, ce qui est également le cas des bases de ces transistors. Comme décrit en référence aux figures 1 et 2, c'est unique-5 ment et exclusivement par l'élaboration de la zone de type de conduction _£, raccordée au contact c^ que l'on a formé un transistor latéral dont le collecteur est formé par cette zone de type de conduction jd. Sur la fig. 3, la référence Tg indique également le transistor latéral associé au transistor latéral , alors que la référence T'g indique le 10 transistor latéral associé de manière analogue au transistor transversal T'-]. Toutefois, les collecteurs de ces transistors sont connectés maintenant aux bases de deux autres transistors T'. et T., dont les 4 4 trajets émetteur-collecteur shuntent ceux des transistors T'^ et . Pour la description, on admet maintenant que dans le premier 15 état stable du flip-flop, le transistor est conducteur. Dans ce cas, la source de courant I' engendre alors à la base du transistor une tension d'environ 0,6 V, à laquelle se produit la saturation. Comme décrit ci-dessus, une tension ayant pratiquement la même valeur est alors engendrée également au collecteur du transistor cette tension 20 étant transmise à la base du transistor La base de ce transistor T'^ se trouve donc environ à une tension de 0,6 V, tandis que la base du transistor est à une tension de 0 V. Une impulsion d'enclenchement ' positive Y^, fournie aux deux bases et dont l'amplitude n'est comprise qu'entre 0,1 et 0,2 Y, a comme résultat que le transistor ne devient 25 pas encore conducteur, mais que le transistor T'^ devient fortement conducteur, la base du transistor étant ainsi ramenée au potentiel 0 Y. Les transistors et sont alors bloqués, et la source d'alimentation I fait en sorte que le transistor T'^ devient conducteur. (Le transistor ne peut pas devenir conducteur dans le sens inverse, du j0 fait que la jonction collecteur-base du transistor T^ reste bloquée par suite de la tension d'alimentation +B volts, choisie supérieure à la tension 0,6 V). L'impulsion positive Y^ étant supprimée, la tension de . collecteur du transistor diminue, c'est-à-dire la tension de la base du transistor T'^ acquiert la valeur 0 Y, le transistor T'^ est bloqué, 35 et le flip-flop maintient l'état inversé, pour lequel le transistor est bloqué et le transistor est conducteur. En raison de ce qu'à la base du transistor T'^ est donc engendrée une tension correspondant au début de l'état de saturation du transistor , le flip-flop est conditionné de façon qu'une impulsion 40 d'entrée de très faible amplitude-est suffisante pour causer le change 71 37888 7 2111785 ment d'état du flip-flop. On conçoit aisément que cet effet est obtenu également indépendamment du fait que le transistor T'^ est déjà conducteur à l'état de repos, donc que la réaction de l'excitation de la base du transistor T^ a déjà commencé. Les mesures décrites ci-dessus (surface 5 d'émetteur plus grande pour le transistor et T^ et/ou des résistances branchées dans les circuits d'alimentation d'émetteur des transistors T.j et T'^) pour le déplacement de ce début ne sont donc pas indispensables. Lorsque le circuit fonctionne avec des impulsions d'enclenche-10 ment dont l'amplitude est de 0,6 V ou davantage, il y a risque que non seulement le transistor T'^ devienne fortement conducteur, mais .également que soit ouvert le transistor T^, ce qui conduirait à un changement d'état intempestif non fiable du flip-flop. Pour éviter cet état de choses, la base du transistor T^ (^"4) es^ raccordée à une autre zone 15 du transistor (T1^), qui dans le composant semiconducteur selon la fig. 2 est élaborée comme une autre zone de type de conduction n+ formant un transistor npn latéral T_ avec la zone adjacente de type de conduction n raccordée au contact e^, ladite autre zone étant pour cela indiquée par un signe d'émetteur sur la fig. 3» bien que cette autre zone 20 ai"t la fonction d'un collecteur, ce qui sera expliqué plus en détail ci-après. A l'état de repos, le transistor étant conducteur et le transistor T'^ étant bloqué, la tension de la base du transistor T^ est égale à 0 Y, comme expliqué ci-dessus. Etant donné que le trajet base-25 émetteur, commun pour les transistors et T^, est conducteur, (par suite de la saturation du transistor T^, le collecteur de ce transistor injecte également des électrons dans sa base, et ceux-ci atteignent le collecteur du transistor il n'est donc pas possible que la tension de la base du transistor T. devienne positive. Cette situation n'est 4 30 modifiée en rien à la réception d'une impulsion d'entrée aussi longtemps que le transistor T^ reste conducteur. Toutefois, lorsque, par suite du fait que le transistor T', devient conducteur, le transistor T* est bloqué, le flip-flop change d'état et fait en sorte qu'à la base du transistor une tension positive soit engendrée par le collecteur 35 du transistor ainsi que par la tension . Simultanément, le transistor T't- devient conducteur et décharge la capacité branchée entre son émetteur et la borne Au lieu d'être appliquée à des diodes D et D' agissant conrne capacités, (les capacités représentées sur la fig. 3 représentent le schéma équivalent de ces diodes) l'impulsion V^ peut 40 également être appliquée aux bases des transistors T^ et T'^ à travers 71 37888 2111785 des résistances, de sorte que la source fournissant la tension est moins fortement chargée. Il est encore possible de réaliser cette' source sous la forme d'un transistor à deux collecteurs, le premier collecteur étant raccordé à la liaison entre le collecteur du transistor Tc et la 5 ^ base du transistor T^, l'autre collecteur étant raccordé à la liaison entre le collecteur du transistor T' et la base du transistor T',. 5 4 La fig. 4 illustre la topologie du composant semiconducteur selon la fig. 3« H comporte quatre caissons qu'une diffusion de type de conduction £ a permis de séparer l'un de l'autre, (traits mixtes). 10 Les zones de collecteur de type de conduction n des transistors et T'^, munies d'une couche enterrée remplissent à gauche et à droite les faces de caissons. Dans la partie inférieure, on a situé les diodes (D et D' sur la fig. 3) auxquelles est appliqué le signal d'entrée par l'intermédiaire de la face de contact. 15 A l'aide des fenêtres w et (w'), les anodes de ces diodes D et (D') sont connectées à une piste de contact hachurée, qui conduit au collecteur c^ (c'^) du transistor (T',.), à la base b^ (b'^) du transistor (T1^), ainsi qu'au collecteur c'2 (c^) du transistor T'g (Ï2)« Les transistors , T^, et T 71 37888 9 2111785 amplification de courant suffisante pour obtenir les effets décrits en référence à la fig. 3« Au besoin, les zones associées aux contacts e^ et c,- meuvent être élaborées l'une à côté de l'autre. Il va de soi que de nombreuses variantes sont possibles. Le 5 courant engendré au collecteur c^ Ie®2) Par exemple peut être fourni à l'émetteur d'un autre transistor pnp dont la base est à la masse, et ensuite être mis à profit ultérieurement. Le positionnement et les dimensions des diverses zones sur la fig:. 4 peuvent être choisis suivant les besoins, sans influencer pour cela défavorablement les effets dé-10 sirés. Au lieu des types de conduction cités ci-dessus, on peut établir les types de conduction opposés, c'est-à-dire utiliser des transistors pnp transversaux et des transistors npn latéraux. Sur tin composant semiconducteur, il est également possible d'élaborer plusieurs transistors transversaux complémentaires ainsi que plusieurs transistors latéraux 15 complémentaires. Il se peut également que le premier transistor soit un transistor latéral (par exemple de type pnp), tandis que l'autre zone formant le collecteur du transistor Tg et présentant le type de conduction £ peut être élaborée dans le caisson de base de type de conduction n, latéralement par rapport à la zone de collecteur de type de conduc-20 tion ^ du transistor T^. Dans ce cas, il faut veiller à ce que les charges (trous) injectées dans la base du transistor par l'émetteur n'atteignent pas directement ladite autre zone, ce pourquoi on réalise par exemple la zone de collecteur de type de conduction jd du premier transistor sous la forme d'une zone de type de conduction £ entourant 25 comme un anneau sa zone d'émetteur de type de conduction 3), pour que cette autre zone ne capte des charges (trous) que lorsque le collecteur du premier transistor, par suite de sa saturation, injecte des charges (trous) dans sa base, ces charges atteignant l'autre zone. Il va de soi que le découplage réciproque entre l'émetteur du premier transistor et 30 le collecteur du deuxième transistor est établi sans difficulté dans les exemples donnés en référence aux figures 2 et 4» 71 37888 10 2111785 REVENDICATIONSt 1. Circuit transistorisé intégré muni de moyens permettant de se rendre compte du degré de saturation d'un transistor, caractérisé en ce que latéralement par rapport à. une zone entourée de la jonction de 5 collecteur-base du (premier) transistor, on a élaboré une autre zone de même type de conduction, formant la zone de collecteur d'un (deuxième) transistor latéral dont la jonction émetteur-base correspond à la jonction base-collecteur du premier transistor, et que pendant l'état de saturation du premier transistor, des charges, captées par le collecteur 10 du deuxième transistor, sont fournies à une impédance aux extrémités de laquelle est engendrée une tension dont l'amplitude est fonction du degré de saturation du premier transistor. 2. Circuit transistorisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'autre zone se situe latéralement en face d'une partie seule-15 ment de la zone citée en premier lieu. 3. Circuit transistorisé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie de la zone citée en premier lieu entoure au moins partiellement l'autre zone. 4» Circuit transistorisé selon l'une des revendications 1 à 3» 20 caractérisé en ce que dans le voisinage de la zone de base d'un premier transistor transversal réalisé sous forme intégrée, on a élaboré l'autre zone qui a le même type de conduction que ladite zone de base et qui, par la zone de collecteur du transistor transversal, est séparée de la zone de base de telle manière que se forme le (deuxième) transistor 25 latéral dont le type de conduction opposé à celui du (premier) transistor latéral, et dont le collecteur est formé par ladite autre zone, alors que des charges captées par ce collecteur, sont fournies à l'impédance aux extrémités de laquelle est engendrée une tension dont l'amplitude est fonction du degré de saturation. 30 5. Circuit transistorisé selon l'une des revendications 1 à 4» caractérisé en ce que l'impédance est formée par le trajet base-émetteur d'un troisième transistor. 6. Circuit transistorisé muni de moyens permettant de se rendre compte du degré de saturation d'un premier transistor dont le trajet 35 base-collecteur est shunté par le trajet émetteur-base d'un deuxième transistor, caractérisé en ce que le circuit comporte un troisième transistor alors que le collecteur du deuxième transistor est raccordé â une électrode d'entrée (la base ou l'émetteur) du troisième transistor dont l'autre électrode d'entrée (l'émetteur ou la base) a pratiquement 71 37888 n 2111785 le même potentiel que l'émetteur du premier transistor. 7. Circuit transistorisé selon la revendication 5 ou 6» caractérisé en ce que le trajet collecteur-émetteur du troisième transistor, et le trajet base-émet~eur du premier transistor sont branchés dans des 5 parties de circuit parallèles. 8. Circuit transistorisé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce oue le circuit émet+eur du premier transistor comporte une résistance dans laquelle une chute de tension de l'ordre de 50 mV se produit pendant l'état de saturation. 10 9« Circuit transistorisé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est agencé pour le rétrocouplage d'une charge trop forte qui pendant la saturation s'est accumulée dans la zone de base du premier transistor. 10. Circuit transistorisé selon l'une des revendications 1 à 9» 15 caractérisé en ce qu'il est agencé pour le conditionnement de l'instant de changement d'état d'un circuit basculeur. 11. Circuit transistorisé selon la revendication 10, muni d'un troisième transistor selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les impulsions d'enclenchement sont appliquées à la base de ce 2o troisième transistor. 12. Circuit transistorisé selon les revendications 1 et 11, caractérisé en ce que dans la zone de base du premier transistor, on a élaboré une autre zone de même type de conduction que la zone d'émetteur de ce transistor, alors que cette autre zone forme, avec l'émetteur et 25 la base de ce transistor, un transistor latéral dont le collecteur, formé par ladite autre zone, est raccordé à la source fournissant les impulsions d'enclenchement.