Brevet FR2316791A1 — publié le 19770128

La présente invention concerne un circuit à semi-conducteur qui peut servir de circuit de bascule bistable perfectionné pour détecter le contenu de cellules de mémoire à semi-conducteur et qui peut également servir de détecteur de niveau. Le circuit de bascule est indépendant des seuils de sorte que la différence entre les seuils asymétriques inhérente au fonctionnement des bascules bistables est réduite au minimum. Les propriétés asymétriques des circuits de bascule bistable classiques ont été reconnues par Karl. O. Stein et autres dans leur publication "Storage Array and Sense/Refresh Circuit for Single-Transistor Memory Cells" Vol. SC-7, No.5, octobre 1972, pages 336 à 340. Sur la figure 7 de cette publication, un circuit de détection/régénération pour un tableau de cellules de mémoire à un seul dispositif a été représenté, ce circuit comportant un amplificateur à deux bornes qui, pour des paramètres de circuits idéaux et pour des signaux de forte amplitude, assure un certain degré d'insensibilité aux tolérances des grilles technologiques mais, qui, pour la plupart des conditions des circuits pratiques et, en particulier, dans le cas des signaux de faible amplitude, présente l'inconvénient d'être électriquement asymétrique et, par conséquent, sensible aux tolérances des dispositifs. Le circuit de Stein et autres a été également décrit dans le brevet des E.U.A No. 3 774 176 délivré le 20 novembre 1973. La présente invention est très nettement différente de celle de la publication et du brevet Stein et autres ainsi que du reste de la technique connue. L'un des principaux buts de la présente invention est de réaliser une bascule bistable indépendante des seuils pour un circuit amplificateur de détection. Un autre but de la présente invention est de réaliser un circuit amplificateur de détection qui comporte l'utilisation d'une configuration particulière de signaux d'horloge pour éliminer les différences de seuil entre les deux côtés d'un circuit de bascule bistable équilibré. Un autre but de la présente invention est de réaliser un amplificateur de détection à circuit de bascule bistable perfectionné qui est extrêmement sensible. Encore un autre but de la présente invention est de réaliser un circuit de bascule bistable a semi-conducteur perfectionné qui peut être utilisé comme détecteur de niveau. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés à ce texte, qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. La figure 1 est un schéma électrique d'un mode de réalisation d'un circuit de bascule utilisable comme circuit de détection indépendant des seuils pour une mémoire, construit conformément aux principes de la présente invention. La figure 2 est une représentation de formes d'onde de tension utilisée pour expliquer le fonctionnement du circuit de la figure 1. La figure 3 est un schéma d'un mode de réalisation d'un circuit de bascule bistable utilisable comme détecteur de niveau construit confor mément aux principes de la présente invention, et La figure 4 est une représentation de formes d'onde de tension utilisée pour expliquer le fonctionnement du circuit de la figure 3. Le circuit de bascule bistable 10 indépendant des seuils représenté sur la figure 1 comporte six dispositifs actifs 12, 14, 16, 18, 20 et 22 qui peuvent être des transistors et plus particulièrement des transistors à effet de champ MOS. Le circuit de bascule bistable indépendant des seuils 10 est connecté à une série de cellules de mémoire, dont l'une a été représentée comme étant une cellule de mémoire à un seul transistor 24, et à une cellule de mémoire fictive 26, respectivement par l'intermédiaire des segments 28A et 28B de la ligne de bits/ligne de détection. La cellule de mémoire 24 comprend un dispositif actif 30 qui est connecté par son électrode de porte à la ligne de mot 32 et un condensateur d'emmagasinage 34 qui est connecté entre le dispositif actif 30 et la masse.L'élément de mémoire fictif 26 comporte un dispositif actif 38 qui est connecté par son électrode de porte à la ligne de mot 32, un dispositif actif 40 dont l'électrode de porte est connectée à la ligne de phase -1 42 et un condensateur d'emmagasinage 44 qui est connecté entre le dispositif actif 38 et la masse, en parallèle avec le dispositif actif 40. Dans la bascule bistable indépendante des seuils 10, l'électrode de porte du dispositif actif 12 est connectée au noeud 48 de connexion entre les dispositifs actifs 18 et 22 et l'électrode de porte du dispositif actif 14 est connectée au noeud 50 de connexion entre les dispositifs actifs 16 et 20. Le dispositif actif 20 est connecté entre le noeud 50 et la source de tension 52, le dispositif actif 22 est connecté entre le noeud 48 et la source de tension 52 et les électrodes de porte des dispositifs actifs 20 et 22 sont toutes deux connectées à la ligne de phase -1 42. Le dispositif actif 16 est connecté entre le noeud 50 et le segment 28B de la ligne de bit/ligne de détection, au noeud 58, et a son électrode de porte connectée à la ligne de phase -2 54.Le dispositif actif 18 est connecte entre le noeud 48 et le segment 28A de la ligne de hit/ligne de détection, au noeud 60, et a son électrode de porte connectée à la ligne de phase -2 54. Le dispositif actif 12 est connecte entre le segment 28B de la ligne de hit/ligne de détection, au noeud 58, et la ligne de phase -3 56 et le dispositif actif 14 est connecté entre le segment 28A de la ligne de bit/ligne de détection, au noeud 60, et la ligne de phase -3 56. Le fonctionnement du circuit de bascule bistable indépendant des seuils représenté sur la figure 1 est le suivant. En admettant que les dispositifs sont du type à enrichissement à canal n, la ligne de phase 1 42 est rendue active, ce qui rend conducteurs les dispositifs 20 et 22. kes dispositifs 20 et 22 fonctionnent dans la région linéaire de leur courbe. Par conséquent, les noeuds 48 et 50 se chargent à la même tension à savoir la tension +V. Lorsque les noeuds 48 et 50 se chargent, les dispositifs 12 et 14 deviennent conducteurs et déchargent les segments 28A et 28B de la ligne de bit/ligne de détection. La ligne de phase 3 56 est alors portée à la tension +V. Les dispositifs 12 et 14 fonctionnent alors dans leur région de saturation; les noeuds 58 et 60 se chargent jusqu'à ce que les dispositifs 12 et 14 atteignent leur état de coupure. Le degré de coupure est déterminé par les variations des paramètres et par le signal de détection qui doit être détecté. Le noeud 58 est à la tension V-Vtl et le noeud 60 est à la tension V-Yt2 (les tensions tltl et Vt2 sont respectivement la tension de seuil du dispositif 12 et celle du dispositif 14). APrès que les dispositifs 12 et 14 ont atteint leur région de coupure, les dispositifs 20 et 22 sont rendus non conducteurs. Un signal à détecter est alors appliqué aux noeuds 58 et 50. Dans un tableau de mémoire, un segment de la ligne de bit/ligne de détection est connecté à chaque noeud. Le signal de détection apparaît alors à travers les noeuds 58 et 60. Les dispositifs 16 et 18 sont également rendus conducteurs. Les dispositifs 16 et 18 fonctionnent dans la région linéaire de leur courbe ce qui assure qu'il n'y a aucune chute de tension entre leurs bornes à ce moment. La redistribution des charges s'effectue entre les noeuds 58 et 50 et 6Q et 48. Etant donné que la capacité des segments de ligne de hit/ligne de détection est plus grande que la capacité du noeud interne, c'est-à-dire du noeud 5Q ou 48, la tension au noeud 50 tombe approximativement à V-Vtl et la tension au noeud 48 tombe approximativement à V-Vt2-#V (expression dans laquelle LY est le signal de détection) Une paire de dispositifs à couplage croisé classique a été formée avec les dispositifs 12 et 14. La igne de phase -3 56 est alors abaissée lentement vers la tension de la masse.Si aucun signal de détection n'apparaissait à travers les noeuds 58 et 60 (aV=O) les deux dispositifs deviendraient conducteurs essentiellement au même moment, c'est-à-dire lorsque la ligne de phase -3 56 atteint V-Vtl - Yt2 volts. Le défaut de concordance des seuils entre les dispositifs# 12 et 14 a été en grande mesure compensée. Etant donné que la tension AV n'est pas nulle et que, dans l'exemple choisi, on admet que cette tension apparaît au noeud 60, Te dispositif 14 devient conducteur le premier. La pente de la rampe est telle que le noeud 60 suit la ligne de phase 3 jusqu'à la tension de la masse avec un écart qui ne dépasse pas la tension de seuil du dispositif 12. Le dispositif 12 ne devient jamais conducteur.La bascule a été enclenchée avec le dispositif 14 conducteur et le dispositif 12 bloque. Si le signal de détection#était, au contraire, apparu au noeud 58, la bascule aurait été enclenchée avec le dispositif 12 conducteur et le dispositif 14 bloqué. La figure 2 représente les formes d'onde par rapport à une même base de temps des signaux produits au cours du fonctionnement du circuit de bascule bistable indépendant des seuils de la figure 1. Les formes d'onde sont désignées phase 1, phase 2, ligne de mot et phase 3. Les formes d'onde de phase 1 appliquées sur la ligne 42 de la figure 1, les formes d'onde de phase 2 appliquées sur la ligne 54 #de la figure 1, et les formes d'onde de phase 3 appliquées sur la ligne 56 de la figure 1 ont été représentées en admettant que les dispositifs étaient des dispositifs du type à enrichissement à canal n. La forme d'onde du signal de la ligne de mot qui sert à introduire le signal de détection sur la ligne de bit/ligne de détection est également représentée.Lorsque les signaux dont les formes d'onde ont été représentées sur la figure 2 sont à un bas niveau, les dispositifs sont non conducteurs; lorsqu'ils sont à un haut niveau, les dispositifs sont conducteurs sauf en ce qui concerne le signal de phase 3 qui n'est pas appliqué à une électrode de porte. Le signal de phase 1 est porté à un haut niveau rendant conducteurs les dispositifs 2Q et 22. Il en résulte que les noeuds 48, 50 se chargent à la tension +V. Les dispositifs 12, 14 deviennent conducteurs dechargeant les noeuds 58, 60 à leur bas niveau. Le signal de phase 1 peut être utilisé pour décharger le condensateur d'emmagasinage de la cellule fictive en rendant le dispositif 40 conducteur.Le signal de phase 3 est porté un haut niveau; les dispositifs 12, 14 étant conducteurs, ceci permet au noeuds 58, 6Q de se charger à la tension +V moins la tension de seuil, point auquel les dispositifs 2Q, 22 sont rendus non conducteurs par le retour à un bas niveau du signal de phase 1. Le signal de phase 2 est porté à un haut niveau formant ainsi une paire de dispositifs à couplage croisé avec les dispositifs 12, 14. En même temps, une ligne de mot est portée à un haut niveaù ainsi que la ligne de mot de la cellule fictive située du côté opposé de la bascule bistable à celui où se trouve la cellule accédée. En donnant au condensateur d'emmagasinage de la cellule fictive une capacité égale à la moitié de celle d'une cellule normale, un niveau de référence est établit pour enclencher convenablement la bascule. Le signal de détection étant présent aux noeuds 58, 60 le signal de phase 3 est progressivement ramené à son bas niveau. Comme précédemment décrit, la bascule s'enclenche dans son état approprié. Le dispositif de la mémoire et celui de la mémoire fictive sont tous deux rendus non conducteurs par le retour de la ligne de mot à un bas niveau. Le signal de phase 2 est alors ramené à un bas niveau ce qui rend non conducteur les dispositifs 16, 18. Utilisée en combinaison avec la cellule de mémoire 24 à un dispositif, la bascule 10 peut être enclenchée de telle sorte que l'information d'origine emmagasinée est réécrite dans la cellule de mémoire 24. La ligne de mot 32 est alors ramenée à O volt, rendant non conducteur le dispositif 30 de la cellule de mémoire 24. Les dispositifs 16 et 18 sont également rendus non conducteurs. Les lignes de bit/ligne de détection 28A et 28B sont alors déchargées, comme précédemment indiqué. Ceci assure qu'au cours de chaque cycle, les dispositifs 12 et 14 atteignent approximativement le même état de coupure. Ceci achève le cycle. Du fait de l'effet de polarisation des portes en retour, de la redistribution des charges entre la capacité de la ligne de bit/ligne de détection et de la capacité des noeuds internes, et des variations des paramètres, il n'est pas possible d'obtenir une compensation a 100% des défauts de concordance des seuils. Cependant, il est possible d'obtenir typiquement une compensation à 80% et, selon le modèle, une compensation pouvant même atteindre 90 à 95% est possible. Le circuit offre ainsi une sensibilité bien plus élevée que celle que l'on sait actuellement obtenir pour de tels circuits de bascule. Le circuit de bascule bistable indépendant des seuils qui vient d'être décrit et a été représenté sur la figure 1 peut être utilisé comme détecteur de niveau. Le circuit modifié a été représenté sur la figure 3. Le fonctionnement est, dans son principe, le même. On désignera par LI et L2 les deux niveaux qui doivent être détectés et que l'on admet avoir une amplitude suffisante pour faire passer a'l'état conducteur les dispositifs 12, 14. Les niveau L1, L2 sont appliqués aux noeuds 48, 50 par l'intermédiaire des dispositifs 20, 22. On admet que le niveau L1 est appliqué au noeud 50 et le niveau L2 au noeud 48. Les dispositifs 12 et 14 sont rendus conducteurs déchargeant les noeuds 58, 60. La ligne de phase -3 56 est alors portée à un haut niveau.Les noeuds 58, 60 se chargent jusqu'à ce que les dispositifs 12, 14 parviennent à leur état de coupure, c'est-a-dire que le noeud 58 se charge à la tension L2 Vtl et le noeud 6Q se charge àla tension L1-Vt2. Les dispositifs 20 et 22 sont rendus non conducteurs. Les dispositifs 16 et 18 sont rendus conducteurs. Les noeuds 48 et 5Q tombent alors approximativement respectivement à la tension L1-Vt2 et à la tension L2-Vtl par suite de la redistribution des charges entre les noeuds 58, 50 et 48, 60. La tension de la ligne de phase -3 56 est abaissée progressivement jusqu'à son bas niveau. Si les deux niveaux L1 et L2 étaient égaux, les dispositifs 12 et 14 deviendraient conducteurs à peu près en même temps. Cependant, si l'on suppose que le niveau L1 est supérieur au niveau L2, le dispositif 12 devient conducteur le premier, déchargeant les noeuds 58 et 50. La bascule s'enclenche alors avec le dispositif 12 conducteur et le dispositif 14 non conducteur. Si L2 était plus grand que L1 la bascule serait enclenchée dans l'état opposé avec le dispositif 14 conducteur et le dispositif 12 non conducteur. Les dispositifs 16 et 18 sont alors mis à l'état non conducteur, ce qui termine le cycle. La figure 4 représente les formes d'onde, par rapport à une méme base de temps des signaux utilisés pour le fonctionnement du détecteur de niveau représente sur la figure 3. Le signal de phase 1 (ligne 42) est porté à un haut niveau rendant les dispositifs 20, 22 conducteurs et permettant l'application des niveaux aux noeuds 48, 50. Il en résulte que les dispositifs 12 et 14 sont rendus conducteurs et déchargent les noeuds 58, 60 au bas niveau. Le signal de phase 3 (ligne 56) est alors porté à un haut niveau. Les noeuds 58, 60 se chargent alors jusqu'au niveau applique à leur électrode de porte respective moins la valeur de la tension de seuil, à savoir les noeuds 48 et 50. Le signal de phase 1 (ligne 42) est ramené à un bas niveau ramenant à l'état non conducteur les dispositifs 20, 22. Le signal de phase 2 (ligne 54) est porté a un haut niveau, rendant conducteurs les dispositifs 16 et 18, formant ainsi une paire de dispositifs à couplage croisé avec les dispositifs 12, 14. Le signal de phase 3 (ligne 56) est ramené progressivement à son bas niveau enclenchant ainsi la bascule. On a décrit ci-dessus un amplificateur de détection perfectionné pour des cellules de mémoire à semi-conducteur comportant un circuit de bascule bistable indépendant des seuils. Le circuit de bascule comporte des dispositifs actifs dont deux forment, au cours de la séquence d'opérations, une paire de dispositifs à couplage croisé. La séquence des opérations de l'amplificateur de détection est telle que la différence entre les seuils due à l'absence de symétrie entre les deux dispositifs actifs qui forment finalement la paire de dispositifs a couplage croise est réduite au minimum. Une autre caractéristique de l'invention qui a été décrite réside en ce que le circuit de bascule bistahle peut être utilisé comme détecteur de niveau. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. REVENDICATIONS 1.- Amplificateur de détection pour détecter les informations contenues sous forme de charges emmagasinées dans des, tableaux de cellules de memoire à semi-conducteur caractérisé en ce qu'il comporte: un circuit de bascule bistable indépendant des seuils qui comprend: des premier, second,troisieme, quatrième, cinquième et sixième dispositifs actifs pour mettre l'amplificateur de détection dans un premier ou un second état de tension de sortie; deux segments de ligne de bit/ligne de détection électriquement couplés au circuit de bascule, le premier des segments de ligne de bit/ligne de détection étant connecté à un premier noeud de connexion commun entre les premier et troisième dispositifs actifs et le second segment de ligne de bit/ligne de détection étant connecte à un second noeud de connexion commun entre les second et quatrième dispositifs actifs;; l'électrode de porte du second dispositif actif étant connectée aux troisième et cinquième dispositifs actifs, à un troisième noeud de connexion commun; et l'électrode de porte du premier dispositif actif étant connectée aux quatrième et sixième dispositifs actifs, à un quatrième noeud de connexion commun. 2.- Amplificateur de détection selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend une ligne de signal de phase 1 connectée aux électrodes de porte des cinquième et sixième dispositifs actifs; une ligne de signal de phase 2 connectée aux électrodes de porte des troisième et quatrième dispositifs actifs; et une ligne de signal de phase 3 connectée aux premier et second dispositifs actifs. 3.- Amplificateur de détection selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comprend, en outre: des moyens pour activer la ligne de signal de phase 1 pour faire passer à l'état conducteur les cinquième et sixième dispositifs actifs, chargeant ainsi les troisième et quatrième noeuds communs à la même tension et provoquant ainsi le passage à l'état conducteur des premier et second dispositifs actifs et la décharge des segments de ligne de bit/ligne de détection. 4.- Amplificateur de détection selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les troisième et quatrième noeuds communs sont chargés à des niveaux de tension différents. 5.- Amplificateur de détection selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu il comprend en outre: une source de tension de référence connectée aux cinquième et sixième dispositifs actifs, les troisième et quatrième noeuds se chargeant ainsi au niveau de tension de référence ce qui a pour effet de faire fonctionner les premier et second dippositifs actifs dans leur région de saturation jusqu;à ce qu'ils atteignent leur valeur de coupure, les cinquième et sixième dispositifs actifs étant mis alors à l'état non conducteur. 6.- Amplificateur de détection selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il comprend en outre: des moyens pour appliquer un signal qui doit être détecté sur les premier et second noeuds, lorsque les premier, second, cinquième et sixième dispositifs actifs sont à l'état non conducteur, et les troisième et quatrième dispositifs actifs sont à l'état conducteur, formant ainsi un circuit a paire de dispositifs à couplage croise avec les premier et second dispositifs actifs dans une condition de défaut de concordance des seuils compensée.