Brevet FR2365263A1 — publié le 19780414

La présente invention concerne des perfectionnements aux matrices de points de croisement dans un étage de commutation dlectronique et plus particulièrement des perfectionnements aux matrices de points de croisement ràlisees en technologie NOS. Il est connu d'utiliser des points de croisement électroniques pour réaliser des étages de commutation. Le brevet français n0 1 555 813 déposé le 12 décembre 1967 par la demanderesse décrit un multisélecteur dlectronique à points de croisement MOS. Les transistors NOS présentent un certain nombre d'avantages parmi lesquels on peut citer un excellent isolement entre les circuits de commande et les circuits de transmission, un bon fonctionnement en tant qu'élément de commutation et la possibilité d'être sisément intégré. Dans l'art antérieur, on a surtout cherché un dispositif électronique dont les caractéristiques se rapprochaient le plus possible de celles des dispositifs électromécaniques. En particulier, on cherchait - rendre minimum la résistance des points de croisement dans l'4tat conducteur. Une telle condition applique aux circuits NOS impose d'utiliser des transistors de grande géométrie,ce qui présente un iaconvdnient certain quant à la densité d'intégration des matrices.Une autre possibilité consiste à admettre le fait que le point de croisement n'est pas parfait et qu'il comporte une résistance non négligeable dans l'état passant et, pour compenser les pertes par insertion au niveau des points de croisement, à introduire un amplificateur dans la chaîne de transmission. Dans cette optique, la transmission des informations est réalisée, au niveau des points de croisement,en tension et non en courant -; l'intégration peut être plus-poussée puisque l'on peut admettre des points de croisement à résistance plus élevée et donc de dimension plus faible, la consommation de puissance n'intervenant alors qu'au niveau des transistors de sortie des amplificateurs. Ainsi, un objet de la présente invention est un étage de commutation électronique qui permet d'éviter les inconvénients précités. Selon une caractéristique de l'invention, l'étage de commutation électronique comprend une matrice constituée par m lignes verticales sur lesquelles arrivent les informations d'entrée, n lignes horizontales sur lesquelles sortent les informations, m x n points de croisement NOS reliant lesdites lignes verticales auxdites lignes horizontales, des moyens de sélection d'un point de croisement et des moyens sur chaque horizontale pour amplifier les signaux transmis sur cette verticale par un point de croisement. D'autres objets, caractéristiques et avantages.de la présente invention apparattront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation particuliers, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels : - la figure 1 représente un diagramme schématique d'un amplificateur opéra tionnel classique ; - la figure 2 montre une réalisation possible d'un amplificateur en techno logie MOS complémentaire la figure 3 montre une autre réalisation d'un amplificateur en techno logie MOS complémentaire 4 - la figure 4 montre un point de croisement avec un amplificateur selon l'invention - la figure 5 montre un exemple de réalisation partielle d'une matrice 4 x 1;; - la figure 6 montre un exemple de réalisation d'une matrice 8 x 8 dans le cas de transmission unidirectionnelle et unifilaire ; la figure 7 montre un autre exemple de réalisation d'une matrice 8 x 8 dans le cas de transmission bidirectionnelle et unifilaire - la figure 8 montre un autre exemple de réalisation d'une matrice 8 x 8 dans le cas de transmission bidirectionnelle et symétrique. le schéma de la figure 1 montre un montage classique d'amplificateur opérationnel. On notera que le rapport de la tension de sortie à la tension dentrde soit ## est égal au signe près au rapport de la résistance de contre VS R2 réaction R2 à la résistance d'entrée R1, soit = - . Un amplificateur VE R1 peut être réalisé en technologie MOS complémentaire de la manière indiquée à la figure 2. Une telle application peut etre trouvée dans "COS/MOS - Integrated Circuits Nanual" édité par RCA,aux pages 134 et suivantes. L'amplificateur est constitué par un circuit inverseur formé par les transistors complémentaires Q1 et Q2, une résistance d'entrée Rl et une résistance R2 connectée entre l'entrée et la sortie de l'inverseur.Les transistors Q1 et 92 sont alors polarisés de telle sorte qu'ils fonctionnent en régime linéaire Le schéma de la figure 3 montre un amplificateur dans lequel des portes de transfert ("transmission gate" dans la littérature anglosaxonne) TI et T2 remplacent les résistances R1 et R2 respectivement. Une porte de transfert est formée de deux transistors complémentaires connectés en parai- lble . La figure 4 montre comment peuvent etre réalisés un point de croisement et son amplificateur en technologie MOS complémentaire selon les principes de l'invention. Un point de croisement relie une verticale VX à une horizontale HY. Ce point de croisement est en fait une porte de transfert T2 commandée par une bascule B2. L'horizontale HY est reliée à un amplificateur commandé par une bascule BI. Pour des raisons de consommation, il importe que l'amplificateur puisse etre bloqué lorsqu'aucun point de croisement qui lui est relié n'est sélectionné. De plus, la sortie VS de l'amplificateur doit etre à haute impédance lorsqu'il est bloqué.Pour ces raisons, une porte de transfert est inclue dans le - circuit de grille des transistors Q1 et Q2, soit T'1 et T'2 respectivement et deux transistors Qll et Q'2 sont connectés entre la grille et le drain des transistors Q1 et Q2 de manière à maintenir ceux-ci dans l'état bloqué lorsque l'amplificateur ne fonctionne pas. I1 est bien évident qu'un seul point de croisement peut etre sélectionné par horizontale et par conséquent un seul amplificateur est nécessaire. Le schéma de la figure 5 montre un exemple de réalisation partielle. Une seule horizontale FY a été représentée. Quatre verticales V1 à V4 sont reliées à cette horizontale par quatre points de croisement qui par simplification sont représentés sous la forme d'une résistance. Chaque point de croisement est contrôlé par l'état d'une bascule 31Y à B4Y. Nous avons vu précédemment que l'amplificateur relié à une horizontale doit etre bloqué si aucun point de croisement de l'horizontale n'est sélectionné.C'est pourquoi l'amplificateur AY est contralé par l'état de sortie d'une porte OU PY, laquelle reçoit les états de sortie des quatre bascules B1Y à B4Y De cette manière, si aucun point de croisement n'est sélectionné, la sortie de la porte PY n'est pas activée et l'amplificateur PY reste bloqué. Si, comme on l'a vu en relation avec la figure 4 l'amplificateur requiert deux signaux complémentaires de contrôle, on peut prévoir alors un circuit inverseur fournissant le complément du signal de sortie de la porte PV. Les figures 6 à 8 montrent des exemples de réalisation d'une matrice 8 x 8 en accord avec les principes de l'invention. La figure 6 montre la réalisation d'une matrice 8 x 8 dans laquelle la transmission est effectuée sur un seul fil et de manière unidirectionnelle. On trouve une matrice NI de points de croisement proprement dits reliant chacune des huits verticales Vl à V8 à toutes les horizontales Hl à H8. Sur chaque horizontale est disposé un amplificateur (Al à A8) et le sens de transmission s effectue des verticales vers les horizontales. Les points de croisement de la matrice M sont commandés par les signaux de sortie d'un ensemble L de soixante-quatre bascules. L'information contenue dans chaque bascule a été préalablement rangée dans un registre à décalage R, lequel reçoit les données DE. Le transfert d'information du registre R aux bascules de l'ensemble L.a lieu sur l'ordre CQ Un avantage de la présente invention est le fait que le registre R, l'ensemble de bascules L, la matrice de point de croisement NI et les amplificateurs Al à A8 peuvent etre intégrés dans un meme cirduit MOS. Seuls les éléments de sortie des amplificateurs consomment du courant et doivent par conséquent etre largement dimensionnés. Bien que cela n'apparaisse ni sur la figure 6, ni sur les suivantes, la matrice de points de croisement comprend également les circuits nécessaires à la commande des amplificateurs de sortie. Ces circuits ont été étudiés en reiation avec la figure 5. La figure 7 montre la réalisation d'une matrice 8 x 8 dans laquelle la transmission est effectuée sur un seul fil, mais de manière bidirectionnelle. On retrouve un registre à décalage R recevant les données DE, un ensemble L de soixante-quatre bascules commandées par le signal CO. La matrice de points de croisement M2 comportent maintenant cent vingt-huit points de croisement. Ainsi, la transmission s'effectue des verticales V1E à V8E vers les horizontales H1S à H8S, ainsi que des horizontales RIE à H8E vers les verticales V1S à V8S.Le nombre d'amplificateurs est doublé par rapport à la réalisation montrée à la figure 6 ; on trouve les amplificateurs VA1 à VA8 sur les verticales V1S à V8S et les amplificateurs HA1 à HA8 sur les horizontales RIS à H8S. Dans une telle réalisation, deux points de croisement sont simultanément sélectionnés pour établir une liaison bidirectionnelle. Une autre réalisation est montrée à la figure 8 dans laquelle la transmission est à la fois symétrique, c'est-à-dire effectuée sur deux fils et bidirectionnelle, On retrouve le registre à décalage R et l'ensemble L de soixante-quatre bascules, mais la matrice de points de croisement M3 comporte alors quatre fois soixante-quatre points de croisement. En effet, quatre points de croisement sont nécessaires pour établir une liaison. La transmission s'effectue sur deux fils dans un sens, par exemple de VilE à H81S et V12E à H82S, et dans l'autre sens, par exemple de H8lE à VllS et H82E à V12S. Quatre amplificateurs sont nécessaires pour chaque liaison, par exemple, les amplificateurs HB81 et HA82 sur les horizontales H81S et H82S et les amplificateurs VAll et VA1Z sur les verticales VllS et V12S. D'autres configurations peuvent etre trouvées qui utilisent les principes de la présente invention On citera à titre d'exemple une matrice de points de croisement dans laquelle la transmission est symétrique et unidirectionnelle. Dans chaque configuration, les points de croisement peuvent avoir une résistance plus élevée que dans l'art connu grace à l'utilisation d'amplificateurs. Un autre avantage de l'utilisation d'amplificateurs est que le nombre d'étages de commutation qui peuvent etre connectés en série est théoriquement illimité. On a vu également qu'un étage complet pouvait etre intégré dans un mEme bottier, ce qui facilite grandement l'utilisation ultérieure. Bien que la présente invention ait été décrite dans le cadre d'exemples de réalisation particuliers, il est clair qu'elle n'est pas limitée auxdits exemples et qu'elle est susceptible de modifications ou de variantes sans sortir de son domaine. REVENDICATIONS 1. Etage de commutation électronique comportant une matrice de points de croisement à N entrées et P sorties, et des moyens pour commander lesdits points de croisement, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour amplifier les signaux transmis sur chacune des P sorties. 2. Etage de commutation électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits points de croisement, lesdits moyens pour commander ces points de croisement et lesdits moyens d'amplification sont réalisés en technologie MOS. 3. Etage de commutation électronique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'ampli-fication comportent un circuit inverseur constitué par deus transistors OS de type complémentaire et dont l'entrée est reliée è la sortie par l'intermédiaire d'une porte de transfert constituée par denx transistors de type complémen- taire connectés en parallèle. 4. Etage de commutation seion @@une quelconq@@ des revendication@ 1 2 et 3, caractérisé en ce que lesdits moyens d'amplification comportent en outre des moyens pour bloquer les transistors dudit inverseur et mettre ainsi la sortie desdits moyens d'amplification a haute impédance lorsqu'aucun point de croisement relié à la sortie correspondante n'est sélectionné. 5. Etage de commutation selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce que lesdits moyens pour commander les points de croisement comprennent un registre à décalage recevant les données représentant l'état de chaque point de croisement et un ensemble de N x P bascules dans lesquelles sont rangées lesdites données.