Brevet FR2211761A1 — publié le 19740719

La présente invention concerne des circJits utilisant des dispositifs ayant des résistances très élevées par dériver des courants de fuite parasites, afin d empêcheur que ces courants de fuite ne provoquent de façon intempestive le passage de transistors à l'état conducteur. L'invention concerne en particulier des circuits utJlisar.t un transistor dont la base est en l'air en tant que dispositif de dérivation traverse par des courants faibles. Dans les circuits Intégrés, et en particulier dans les circuits intégrés linéaires, la base d'un transistor de sorte est souvent commandée par le collecteur d'un transistor de type opposé. Par exemple, la base d'un transistor de sortie de type NPN peut store commandé par le collecteur d'un transistor de type PNP. Dans ce cas, il ne circule aucun courant dans le collecteur du transistor de type PNP lorsque celui-ci est bloqué, et le transistor de sortie de type NPN se trouve également bloqué. Cependant, le courant de fuite parasite sortant du collecteur du transistor de type PNP et entrant dans la base du transistor de sortie de type NPN, fait circuler un courant dans le collecteur du transistor de type NPN alors que ce transistor est supposé être bloqué. Dans certains cas, la valeur du courant parasite circulant ainsi dans le collecteur du transistor de type NPN est trop élevée pour titre acceptable. Le courant de fuite parasite peut comporter plusieurs composantes, qui augmentent toutes de façon exponentielle Gn fonction de la température. L'une de ces composantes peut être constituée par le courant de fuite collecteur ase du transi se tor de type PNP, multiplié par le gain en courant beta.C'est le courant da fuite bien connu, ICEo, entre collecteur et émetteur lorsque la base est en l'air. On peut trouver des explications plus détaillées sur ce courant de fuite dans le livre de Alvin B. Phillips, intitulé "Transistor Engineering", édité par MacGraw-Hill en t962. Le courant de fuite parasite circulant dans la base du transistor de sortie peut comporter une autre composante créée par le courant circulant dans la base du transistor de type PNP, et égale au produit du courant de base du transistor de type PNP par le gain en courant, becta, de ce transistor.Le courant circulant dans la base du transistor de type PNP peut être constitué par le courant de fuite ICEO d'un transistor de type NPN dont le collecteur attaque la base du transistor de type PNP mentionné précédemment. Le courant de fuite total entrant dans la base du transistor de sortie de type NPN sera alors multiplié par le gain en courant, bêta, du transistor de sortie, donnant lieu à la circulation d'un courant,'da valeur trop élevée pour être acceptable, dans le transistor de sortie de type NPN, lorsque celul-ci est supposé être bloqué.Ces courants de fuite augmentant de façon exponentielle avec la température, le probleme devient particule-rement grave aux températures élevées si l'on ne dispose pas d'un moyen permettant de dériver vers la masse le courant de fuite entrant dans la base du transistor de sortie du type NPN. Par exemple, à 1500C, le courant de fuite total entrant dans la base du transistor de sortie de type NPN peut atteinre 1 microampàre. Lè transi"stor de sortie du type NPN peut avoir.un gain en courant, ESta, égal à 200, et le courant circulant dans le collecteur du transistor de sorte de type NPN peut atteindrA 200 mi^roampbres, alors que ce transis tor est supposé etre bloqué. Dans la plupart des cas un tel courant serait trop élevé pour être acceptable. Le plus récent procédé-pour dériver le courant de fuite parasite mentionné ci-dessus et l'empêcher de circuler dans la base du transistor de sortie de type NPN, maintenant ainsi en polarisation inverse la jonction émettear-base de ce transistor, consiste à connecter une résistance "pincée" encre la base du transistor de sortie de type NPN et la masse.Une résistance "pincée" est habituellement constituée par une région diffusée de type P, de forme allongée, comportant un contact à chaque extrémité, et par une région de type N diffusée à la surface de la région diffusée de type P, ce qui produit un"pincement" du chemin de conduction à la surface de celle-ci, et force le courant traversant la résistance pincée à circuler sous la région de type N, ce qui-augme~.ts de façon notable la résistance effective de la région diffusée de type P. Les résistances pincées présentent cependart de sérieux inconvénients lorsqu'on les utilise comme dispositifs de dérivation de courants faibles ainsi qu'il est décrit ci-dessus. Le courant traversant une résistance pincée peut être diminué par un facteur de I'ordre de 2 lorsque la tempé- rature passe de -550C à +150 C, tandis que le courant de fuite parasite qui doit etre dérivé par cette résistance peut augmenter de plusieurs puissances de 10 dans le même intervalle de température. La valeur de la résistance pincée doit donc être considérablement inférieure à la valeur qui serait nécessaire si le courant traversant cette résistance possédait le même coefficient de température que le courant de fuite considéré. De plus, la tension de claquage d'une résistance pincée n'est généralement que de l'ordre de 7 volts.C'est là un inconvénient import-ant, car dans beaucoup d'applications il est souhaitable d'avoir une tension supérieure à 7 volts sur la base du transistor de sortie de type NPN. Dune maniera générale, le dispositif de dérivation du courant de fuite doit avoir la propriété de maintenir bloqué le dispositif de sortie (c'est-à-dIre le transistor de sortie de type NPN) lorsque le dispositif d'attaque (c'est-à-dire le transistor de type PNP) est bloqué, sans pour autant soustraire au dispositif de sortie une partie de son courant d'attaque de base lorsque le dispositif attaque est condustear. Le coefficient de température du courant traversant le dispositif de dérivation du courant de fuite devrait être identique au coefficient de température du courant de fuite produit par le dispositif d'attaque. La présente invention permet de supprImer ces inconvénients ainsi que d'autres inconvénients des dispositifs selon l'art antérieur, en dérivant le courant de fuite par un dispositif de dérivation de courants faibles, ayant une taille minimale et ayant approximativement le meme coefficient de température que le courant de fuIte parasite.Le dispositif selon l;inventIor possède en outre une tension de claquage élevée et permet une meilleure approximation d'une source à courant constant que ne le permet une résistance pincée. Un premier objet de la présente invention concerne donc un circuit comportant un dispositif de dérivation de courants faIbles, pouvant fonctionner sous un tension élevée, servant à dériver des cou- rants de fuite parasites. Ln second objet de l'inventionconcerne un circuit comportant un dispositif de dérivation de courants faibles, du type décrit ci-dessus5 ayant uncoefficient de température positif. Un troisième objet de l'inventoon concerne un circuit comportant un dispositif de dérivation de courants -faibles, du type décrit ci-dessus, possédant une tension de claquage plus élevée que celle des dispositifs de dérivation de courants faibles selon l art antérieur. Un quatrième objet de l'invention concerne un circuit utilisant un transistor dont la base est en l'air en tant que disposi-.if de dérivation de courants faibles du type décrit ci-dessus. D'ure façon concis on peut dire que l'Inventon cor.sis- te en un circuit utilisant un transistor don- la base est ouverte en tart que dispositif de dérivation de courants fables, pouvant supporter une tension élevée et ayant un coefficient de température voisin de celui des courants de fuite parasites qui sont dérivés. Selon un mode de réalisation de l'invention, un circuit d'entrée attaquetun transistor de type PNP dont le collecteur ast relié à la base d'un transistor de type NPN. Le collecteur et l'émetteur du transistor de type NPN sont reliés à un circuit de sortie.Un transistor de type PNF dont la basé est en l'air est relié à la base du transistor de type NPN afin de dériver à la masse le courant de fuite parasite arrivant sur cette électrode. Selon un autre mode de véalisation, le transistor de type PNP dont la base est en l air, mentionné c -ddssus, est remplacé par un transistor de type NPN, ayant la base en air, relié à la base du transistor de type NPN.Selon un autre mode de réalisation, un transistor dont la base est en l'air est relié à la base du transistor de type PNP mentionné précédemment, de manière à éviter que le courant de fuite circulant de la base du transistor de type PNP vers le circuit d'entrée, ne polarise en sens direct la jorc- tion émetteur-base de ce transistor. Selon un autre mode de réalisation de l'invention un circuit dentrée attaque la base d'un transistor de type NPN, dont le collecteur attaque la base dun transistor de sortie de type PNP, l'émetteur et le collecteur de ce transistor de sortie étant reliés à un circuit de sortie.Un transistor dont la base est en- 1air, çonstltuant un dispositif de dérivation de courants faibles, est relié à la base du transistor de type NPN, ou, selon un autre mode de realisaw tion, à la base du transistor de type PNP. D'autres caractéristiques et avantages de 1invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre dQesem- ples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels -la figure 1 représente le schéma d'un circuit utile à la compréhension de l'invention; - la figure 2 représente le schéma d'un circuit corres pondant à un mode de réalisation de l'invention; - la figure 3 représente le schéma d'un circuit correspondant à un autre mode de réalisation de l'invention; - la figure 4 représente le schéma d'un circuit correspondant encore à un autre mode de réalIsation de l'invention. La figure 1 représente le schéma d'un mode de réalisation de la présente-invention, utile à la compréhension du fonctionnement des circuits correspondant à l'invention Le circuit représenté sur la figure 1 est un comparateur de tension, 10, ayant un étage d'entrée différentiel, 12. L'étage d entrée différentiel 12 comporte une source de courant 14 et un premier et un second transistor de type NPN, respectivement 16 et 18 couplés par les émetteurs.La base 20 du premier transistor d entrée de type NPN 16 est reliée à une source de tension de référence 22, et le collecteur 24 de ce transistor est relié à la base 26 d ur. transistor de type PNP dont l'émetteur reçoit une tension d'alimentation positive 28, et dont le collecteur est relié à la base 30 d'un transistor de sortie 32, de type NPN. La tension d'entrée 40 du circuit comparateur de tension 10 est appliquée sur la base du second transistor d'entrée de type NPN 18, et le collecteur de ce transistor reçoit la tension d:alimentation posi tIve 28.La base 36 du transistor PNP 34 formé en utilisant le substrat est électriquement flottants, c'est-à-dire non connectée, l'émetteur de ce transistor est relié à la base 30 du transistor de sortie de type NPN 32, et le collecteur de ce transistor (c'est-X-d4re le substrat) est relié -à la masse. La borne de sortie du comparateur de tension 10 est constituée par le collecteur 38 du transistor de sortie 32 dont l'émetteur est relié à la masse. Un courant de fuite parasite, comportant deux composantes, peut circuler dans la base 30 du transistor de sortie de type NPN 32 lorsque le transistor de type PNP 26 est bloqué. Le transistor 26 est bloqué lorsque la tension d'entrée 40 appliquée sur la base du transistor d'entrée de type NPN 18 est positive par rapport à la tension de référence appliquée sur la base 20-du transistor d'entrée de type NPN 16. L'une des composantes du courant de fuite est égale au courant de fuite collecteurbase du transistor d'entrée de type NPN 16, multiplié par le gain en courant, becta, du transistor du type PNP 26. L'autre composante est égale au courant de fuite collecteur-base du transistor de type PNP 26, multiplié par le gain en courant, bêta, de celui-ci, ce qui correspond simple ment au courant de fuite I ICEo o de ce transistor.Du fait que le transistor de type PNP 34 formé en utilisant le substrat, dont la base est en flair, a son émetteur relié à la base 30 du transistor de sortie de type NPN 32, et son collecteur (c'est-à-dire le substrat) relié à la masse, le courant de fuite parasite mentionné ci-dessus est dérivé à la masse et ne circule pas dans la base du transistor de sortie de type NPN 32. L'homme de l'art comprendra que le transistor de type PNP 34 formé en utilisant le substrat, joue effeetivement le roule de dispositif de dérivation du courant de fuite si le courant de fuite ICEO de celui-ci est notablement supérieur au courant de fuite total circulant dans le collecteur du transistor de type PNP 26. L'homme de l'art comprendra an outre que le transistor de type PNP formé en utilisant le substrat peut etre remplacé par un transistor de type NPN dont la base est en l'air, dont l'émetteur est relié à la masse et dqnt le collecteur est relié à la base 30 du transistor de sortie de type NPN 32. Il est cependant plus efficace d'employer un transistor de type PNP fermé e utilisant le substrat comme dispositif de dérivation du courant de fuite, car la surface de la jonction collecteur-base est plus élevée dans le cas d'un transistor utilisant le substrat que dans le cas d'un transistor de type NPN classique ayant les mimes dinensions. Ceci est dO au fait que la surface de la jonction collecteur-base comprend la surface de la jonction inférIeure entre la couche épitaxiale et le substrat, ainsi que la surface de la jonction entre la couche éptaxiale et les murs d'so- lement obtenus par diffusion.De plus, le courant de fuite par unité de surface est plus élevé, puisque les n'veaux de dopage par des impuretés sont plus faibles. Le gain en courant, buta, pour les courants faibles, est assez élevé dans le cas d'un transistor de type PNP utilisant le substrat, et est en général compris entre 30 et 50. Le gain an courant, becta, des transistors NPN fonctionnant à faible courant est en général situé également dans cette plage. Le courant de fuite ICEO sera donc plus élevé pour un transistor de type PNP formé en utilisant le substrat, que pour un tran- sistor de type NPN classique ayant les mêmes dimensions.L'utilisation d'un transistor dont la base est en l'air risque de soulever des difficultés dans le cas où un courant de fuite circule dans cette base flottante Un tel courant de fuite produit un courant de collecteur égal au produIt dudit courant de fuite par le gain en courant, bSta, du transistor consi déré. Ce courant de collecteur s'écoule vers le masse à travers le collecteur et l'émetteur du transistor dont la base étant l'ait. Ce courant prélèverait une fraction excessive du courant d'attaque fourni au dispositif de sortie lorsque celui-ci est conducteur. Le transistor de type PNP formé en utilisant le substrat offre donc un autre avantage, dans la mesure où il est peu probable que des courants de fuite parasites élevés re sortent de la base, à cause de la tension généralement faible présente sur celle-ci. Les difficultés liées à l'utilisation dlun transistor dont la base est en l'air peuvent donc généralement autre ignorées si l'on emploie un transistor de type PNP formé en utilisant le substrat, comme dispositif de dérivation du courant de fuite. On notera que le fonctfor.nem.ent d'un circuit tel que celui représenté sur la figure 1 est amélioré si le dispositif de dériva- tion de courants faibles a des caractéristiques qui ressemblent plus à celles d'une source à courant constant qu'à celles d'une résistance. Ceci serait particulièrement vrai ai il existait une résistance en série avec l'émetteur du transistor de sortie de type NPN 32, de façon à ce que la base 30 de ce transistor soit le siège d'excursions de tension importantes. Lorsque la tension d'entrée 40 appliquée sur la base du transistor 18 est inférieure- à la tension sur la base 20 du transistor 16, le transistor de type PNP 26 est conducteurs ainsi que le transistor de sortie de type NPN 32. Si l'on utilisait un dispositif de dérivation de courants faibles présentant- une résistance linéaire, à la place du transistor.de type PNP 34, une fraction trop importante du courant de base du transistor de sortie de type NPN-32 serait dérivée à la masse lorsque la tension sur la base 30 est élevée, ce qui dégraderait les performances du circuit. Au contraire, un dispositif de dérivation des courants de fuite,fonctionnant à courant relativement constant ne comporte pas cet inconvénient. La figure 2 représente le schéma d'un autre mode de réalisation de. la présente invention dans lequel un circuit 50 comporte un circuIt d'entrée 52, un circuit de liaison 54, et un circuit de sortie 56. Selon l'invention, le circuit de liaison 54 comporte un transistor de'type PNP 58, un transistor de type NPN 60 et un transistor de type PNP 62 dont la base est en l'air Le circuit d'entrée 52 est relié à la base du transistor de type PNP 58, l'émetteur de ce transistor reçoit une tension d'alimentation positive 64, et le. collecteur de ce transistor est relié à la base 66 du transistor de type NPN 60. L'émetteur et le collecteur du transistor de type SPN 60 sont reliés au circuit de sortie 56.Le transistor de type PNP 62 dont la base est en l'air a son émetteur relié à la base 66 du transistor de type NPN 60, et son collecteur relié à la masse. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif de dérivation peut entre constitué par un transistor de type NPN ayant la base en air-, dont le collecteur est relié à la base 66 du transistor de type NPN 60, et dont l'émetteur est relié à la masse. Dans les deux cas, le dispositif de dérivation 62 empeche le courant de fuite sortant du collecteur du transistor dé type PNP 58 de pénétrer dans la base du transistor de type NPN 60 et d'être multiplié par le gain en courant, bêta, de celui-ci, lorsque le transistor de type PNP 58 est bloqué.Ceci assure la polarisation en sens inverse de la jonction émetteur-base du transistor de type NPN 60, de façon que le seul courant circulant dans le collecteur du transistor de type NPN 60 soit le courant de fuite collecteur-base de ce transistor. La figure 3 représente le schéma d'un autre mode de réalisation de la présente invention. Le circuit 50 comporte un circuit d'entrée 52, un circuit de liaison 54 et un circuit de sortie 56. Le cir cuit de liaison 54 comporte un transistor de type PNP 70, un transistor de type NPN 72, et un transistor de type PNP 74 dont la base est en lZair. Le circuit d'entrée 52 est relié à la base 76 d transistor de type NPN 72, l'émetteur de ce transistor est relié à la masse et le collecteur de ce transistor est relié à la base du transistor de type PNP 70, dont l'émet- teur et le collecteur sont reliés du circuit de sortie 56. Le transistor de type PNP 74 dont la base est en l;atr, a son émetteur relié à la base 76 du transistor de type NPN 72 > et son collecteur relié à la masse de façon à constituer un dispositif de dérivation pour le. courant de fuite parasite circulant du circuit d'entrée 62 vers la base du transistor de type NPN 72, lorsque ce dernier est bloqué. La figure 4 est un schéma représentant un autre mode de réalisation de l'invention. Le circuit 50 comporte un circuIt d'entre 52, un circuit liaison 54 et un circuit de sortie 56. Le circuit de liaison 54 comporte un transistor de type NPN 80, un transistor de type PNP 82, et un transistor de type NPN 86 dont la base-est en l'air. Le circuit d'entrée 52 est relié à la base du transistor de type PNP 82, et l'émetteur de ce transistor reçoit une tension d'alimentation positive 88. Le collecteur du transistor de type PNP 82 est relié à la base84 du transistor NPN 80.Le collecteur et l'émetteur du transistor 80 sont reliés au circuit de sortie 56. Le transistor de type NPN 86 dont la base est en l'air a son émetteur relié à la base du transistor de type PNP 82, et son collecteur reçoit une tension d'alimentation positIve 88, ce qui lui permet de jouer le rôle de dispositif de dérivation du courant de fuite, maintenant la jonction émetteur-base du transistor de type PNP 82 polarisée en sens inverse, lorsque ce dernier transistor est supposé être bloqué. De cette façon le collecteur du transistor de type PNP 82 n'est traversé ni par un courant ICEo > ni par un courant de fuite amplifié produit par le circuit d'entrée 52. Bien que l'invention ait été décrite en liaison ave des exemples particuliers, l'homme de lart cpmprendra quelle con-erne tout circuit dans lequel un courant de fuite indésirable est dérivé par un transistor dont la base est en l'air. Bien entendu diverses modlficatlo. s peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés q-c viennent d'tre. décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Circuit intégré perfectionné, comprenant un circuit relié à un premier conducteur d'alimentation, un second conducteur d'alimentation, un circuit d'entrée, et un circuit de sortie, ledit circuit comprenant un premier transistor et un second transistor, le second transistor ayant sa base reliée au circuit d'entrée, son émetteur relié au premier conducteur d'alimentation, et son collecteur relié à la base du premier transistor, le premier transistor ayant son émetteur et son collecteur reliés au circuit de sortie, caractérisé en ce qu'il comporte un transistor dont la base est en l'air, relié audit circuit afin de dériver le courant de fuite circulant dans ledit circuit. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transistor dont la base est en l'air est relié à la base du premier transistor et au second conducteur d'alimentation. 3. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le- transistor dont la base est en l'air est relié à la base du second transistor et au premier conducteur d'alimentation. 4. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier transistor est un transistor de type NPN. 5. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le second transistor est un transistor de type PNP dont l'émetteur est relié au premier conducteur d'alimentation. 6. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le transistor dont la base est en l'air est un transistor de type PNP dont l'émetteur est relié à la base du premier transistor. 7. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier transistor est un transistor de type PNP, en ce que le second transistor est un transistor de type NPN, et en ce que le transistor dont la base est sn l'air est un transistor de type PNP dont l'émetteur est relié à la base du second transistor. 8. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier transistor est un transistor de type PNP, en ce que le second transistor est un transistor de type NPN, et en ce que le transistor dont la base est en l'air est un transistor de type NPN dont le collecteur est relié à la base du second transistor. 9. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier transistor est un transistor de type NPN, en ce que le second transistor est un transistor de type PNP, et en ce que le transistor dont la base Sst en l'air est un transistor de type NPN dont 1 émetteur est relié à la base du second transistor. 10. Circuit selon la revendieation 3, caractérisé en ce que le premier transistor est un transistor de type NPN, an ce que le second transistor est un transistor de type PNP, et en ce que le transistor dont la base est en l'air est un transistor de type PNP dont le collez teur est relié à la base du second transistor. 11. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en e que le premier transistor est un transistor de type NPN, en ce que le second transistor est un transistor de type PNP, en ce que le transistor dont la base est en l'air est un transistor de type PNp, et en ce que le circuit de sortie comporte un premier conducteur branché entre 1 émetteur du premier transistor e-t le second conducteur d'alimentation, et comporte en outre un second conducteur branché entre le collecteur du premier trarsistor et une borne de sortie. 12. Circuit selon la revendîcaton 11, caractérIsé an ce que le circuit d'entrée comporte un amplificateur différentiel.