Brevet FR2412982A1 — publié le 19790720

Àrrière-plan de l'invention. Depuis déjà longtemps, les circuits amplificateurs pour la lecture et le rafraîchissement d'information appartiennent à la technique connue. L'optimalisation du fonctionnement des circuits en question a été décrite par W.T. Lynch et H.J Roll, dans leur article intitulé "Optimization of the Latching Pulse for Dynamic Flip Flop Seniors" de la publication IEEE Journal of Solid State Circuits", Volume SC.-9, et par K.U. Stein, A.Sihling et E.Doerîng,dans leur aticle intitulé ',Storage Armas and Sense/Rfresh Circuit for Single Transistor Memory Cells" de la publication "IEEE Journal of Solid State Circuits, Volume SO-7, parue en octobre 1972. Toutefois, depuis longtemps, les circuits de lecture et de rafraîchissement d'information restent affectés par une consommation d'énergie excessive et des restrictions de conception. C'est pourquoi l'on désire disposer d'un circuit de lecture et de rafraîchissement dont la consommation d'énergie est moins grande et la conception est perfectionnée en vue de l'utilisation du circuit dans des circuits intégrés à grande densité de composants. Buts et résumé de l'invention. En correspondance à ce qui précède, le but gé néral de la prosonte invention est de procurer un circuit amplificateur perfectionné de lecture et de rafraîchissement destiné à la lecture d'information emmagasinée. Le but particulier de la présent invention est de procurer un circuit amplificateur perfectionné de lecture et de rafraîchissement dont la consommation d'énergie est beaucoup moins grande et qui occupe une zone semiconductrice beaucoup moins étendue. Conformément à l'invention, le circuit amplificateur pour la lecture et le rafraîchissement dlinformation emmagasinéeS utilisé en combinaison avec une source de tension d'alimentation et appartenant au type capable d'acquérir des premier et deuxième états en réponse à des signaux appliqués à des premier et deuxième noeuds d'entrée, ledit circuit comportant des premier et deuxième dispositifs actifs qui sont couplés en croix et dont chacun est capable d'acquérir un état de forte conduction et un état de faible conduction alors qu'entre ces dispositifs actifs sont branchés des moyens de restauration en vue de connecter sélectivement ladite source uniquement au dispositif se trouvant dans son état de faible conduction, est remarquable en ce que lesdits moyens de restauration comportent d'une part des troisième et quatrième dispositifs dont les électrodes de commande sont raccordées auxdits noeuds d'entrée à travers des cinquième et sixième dispositifs actifs qui de façon alternante se trouvent dans un état de faible conduction et un état de forte conduction en correspondance aux états de faible et de forte conduction desdits premier et deuxième dispositifs actifs et d'autre part, des condensateurs pour fournir une tension de restauration auxdites électrodes de commande des troisième et quatrième dispositifs actifs. Les buts précisés ci-dessus ainsi que d'autres buts visés par ltinvention sont atteints dans un circuit amplificateur pour la lecture dtinformation emmagasinée, utilisé en combinaison avec une source de tension. Ledit circuit amplificateur est du type capable d'acquérir des premier et deuxième états en réponse à des signaux appliqués à des premier et deuxième noeuds d'entrée. Ledit circuit amplificateur comporte des premier et deuxième dispositifs actifs couplés en croix aux noeuds d'entrée respectifs, chacun de ces dispositifs étant capable d'acquérir un état de forte conduction et un état de faible conduction. Entre ces dispositifs actifs et ladite source d'alimentation, on a branché des moyens de restauration en vue de connecter sélectivement ladite source uniquement au dispositif se trouvant dans son état de faible conduction.Par ailleurs, dans une mémoire à accès aléatoire (en u:#Lds TVcjii#afl acoes tieincry-flAN") ,on aprévu un moyen pour im- poser de façon alternante auxdits noeuds une charge préliminaire déterminée d'avance afin qu'en réponse à l'information emmagasinée fournie auxdits noeuds dtentrée, l'amplificateur acquiert, en correspondance à ladite information, son état de forte conduction ou son état de faible conduction. Description succinte des figures. La figure 1 est le schéma d'un circuit connu de lecture et de rafraîchissement d'information. La figure 2 est le schéma d'un circuit amplificateur de lecture et de rafraîchissement d'information, réalisé conformément à l'invention. La figure 3 est un diagramme qui illustre le fonctionnement du#circuit concerné par la figure 2. Description des circuits concernés par les figures. Sur la figure 1, on a représenté un circuit amplificateur connu de lecture et de rafraîchissement qui appartient au type utilisé conventionnellement dans les mémoires dynamiques à accès aléatoire. En bref, et de façon à pouvoir mieux comprendre la présente invention, on signale que ledit circuit connu peut comporter des dispositifs métal-oxyde-somi- conducteurs (dispositifs MOS) 11 et 12 qui sont couplés en croix et dont les électrodes-portes sont raccordées à des premier et deuxième noeuds A et B, alors que deux autres électrodes sont interconnectées et raccordées à un noeud C. Ce noeud C est raccordé sélectivement à la masse par le dispositif 14 lorsqu'un signal d'horloge ~s est appliqué à ltélectrode- porte de ce dispositif 14.Des dispositifs supplémentaires 16 et 18 sont utilisés comme charges actives et sont branchés entre la source de tension d'alimentation et lesdits noeuds A et B. De cette façon, le fonctionnement des dispositifs 16 et 18 est commandé par ledit signal d'horloge ~ . Les dispositifs 20, 22 et 24 sur la figure 1 sont utilisés pour établir une charge préliminaire dans le circuit en question. A partir des noeuds A et B, des lignes de bit forment un circuit physique et forment de la sorte des capacités parasites 28 qui sont représentatives fe la capacité to-tale "répartie" que constitue le circuit formé de la sorte. En cas d'accèsààdes cellules d'information formées par un seul transistor et un seul condensateur, des éléments munis de charge et représentés par les dispositifs 30 et 32, sont raccordés auxdites lignes de bit. Lorsque le signal ~x est engendré, les condensateurs d'emmagasinage d'in formation Cj et Cl, par exemple des condensateurs variables du type métal-oxyde-semiconducteur, sont raccordés aux noeuds d'amplification respectifs. Les différences entre la charge du condensateur Cl et la charge du condensateur G donnent lieu à une différence de tension entre les nceuds lorsque le signal est effectif.Ensuite, lorsque le signal 5 est effectif, la différence de tension est amplifiée, et le circuit amplificatour est verrouillé dans un état stable dans lequel un des noeuds porte un potentiel élevé cependant que l'autre noeud est déchargé jusqu'au potentiel de masse. Toutefois, comme précisé dans la référence citée en premier lieu ci-dessus, la forme du signal et la durée de chute du signal du noeud C déterminent critiquement la quantité de charge qui est éloignée d'un des noeuds A et B, à savoir le noeud à potentiel élevé, ce qui a donc comme conséqu#ence une chute de tension sur le noeud pré- chargé qui, de par la conception, devait rester fortement conducteur. Des transistors 16 et 18 sont prévus pour restaurer la charge provoquée par la chute de tension; la durée nécessaire pour cette restauration de charge dépend -tc leur ohmique effective du transistor. Un transistor 16 ou 18, à faible valeur ohmique, restaure plus rapidement la charge, mais, étant donné que la construction et la géométrie des deux transistors sont les mêmes, - 7 ;-- courant continu accru dans le noeud dont le potentiel diminue. Par contre, la consommation d'énergie des dispositifs est excessive, et cette énergie doit donc être dissipée dans un circuit physique. A l'égard de l'emploi des dispositifs 16 et 18, certains compromis sont nécessaires, car un dispositif à faible résistance est désirable pour restaurer la charge à un niveau de sortie, mais dans le même temps, le même transistor à faible résistance provoque une dissipation de courant excessive lorsque le niveau de sortie est faible. A titre d'exemple, si le potentiel du noeud A diminue t celui du noeud B reste élevé, une voie de courant est formée, depuis la source de tension d'alimentation V, vers la masse à travers les transistors 16, 11 et 14. D'un autre côté, si le potentiel du noeud B diminue alors que celui du noeud As e élevé, la voie de courant élevé passe par les transistors 18, 12 et 14. Cette voie de courant ne contribue pas au fonctionnement utile et signifie une perte. Le noeud dont il y a lieu de restaurer le potentiel ne doit recevoir qu'un courant dont l'intensité est tout juste suffisante pour rétablir la chute de tension sur le noeud dont le potentiel reste élevé. En outre, dans la pratique, la résistance série effective des transistors 11 et 14 dans le cas où le potentiel du noeud A est faible, doit être de nombreuses fois inférieure à la résistance série du transistor 16 en vue de maintenir sur le noeud A un niveau de tension qui est proche du potentiel de masse. Par conséquen#t, on peut se rendre compte que dans les meilleures conditions, le circuit connu donne lieu, pour son propre fonctionnement, à une consommation d'énergie inutile, de sorte quen correspondance, la densité de composants du circuit est limitée. Sur la figure 2, on a représenté un circuit amplificateur de lecture et de rafraîchissement d'information réalisé conformément à l'invention. Les sources des premier et deuxième dispositifs 35 et 37, couplés en croix, sont interconnectées et raccordées au noeud C. Le drain du dispositif 35 est raccordé au noeud A tandis que le drain du dispositif 37 est raccordé au noeud B, alors que l'électrode-porte du dispositif 37 est raccordée audit noeud A cependant que celle du dispositif 35 est raccordée audit noeud B.Un dispositif supplémentaire 39 est branché entre le noeud C et la masse ou une borne commune, ltélectrode-porte de ce dispositif 39 pouvant être conditionnée à l'aide d'un signal d'horloge extérieur Les dispositifs 35, 37 et 39 peuvent être conçus de façon optimale pour des opérations de commutation, et ne doivent répondre qu'à l'exigence de porter un courant dont l'intensité ne dépasse pas celle du courant dans les dispositifs identiques 11, 12 et 14 du circuit connu. La source et le drain d'un dispositif supplémentaire 22 sont branchés entre les noeuds A et B, et l'électrode de commande de ce dispositif peut être conditionnée à l'aide du signal #p. Le circuit amplificateur de lecture et de ra fraîchissement d'informationcomporte également un transistor 42 qui est branché entre le noeud A et le noeud E et dont l'électrode de commande est raccordée à une borne de sortie de signal V . Un autre transistor 44 est branché entre le r noeud A et la source d'alimentation, et l'électrode de commande de ce transistor 44 est raccordée au noeud E.Un condensateur variable métal-oxydo-semiconducteur 46 est branché entre le noeud E et une borne supplémentaire de signal d'horloge ~r- Symétriquement au transistor 44, un transistor 48 est branché entre le noeud B et le noeud D, et l'électrode de commande de ce transistor 48 est raccordée à la borne de sortie de signal Vr Encorexun autre dispositif 50 est branché entre le noeud B et la source d'alimentation V, et l'électrode de commande de ce dispositif 50 est raccordée au noeud D.Un condensateur variable MOS 52 est branché entre le noeud D et la borne de signal d'horloge ssR .Bien que lton ait représenté des condensa R tours variables métal-oxyde-semiconducteur, il est évidemment possible aussi d'utiliser des condensateurs conventionnels. En se rapportant maintenant au diagramme que constitue la figure 3, on décrit ci-après le fonctionnement du circuit selon la figure 2. A l'instant tl, les noeuds A et B sont préchargés à une charge élevée à laide du signal rB à p travers les transistors 20 et 24. Par ailleurs, les noeuds A et B portent le même potentiel en vertu de la présence du transistor 22. A l'instant t2, le signal d'horloge de pré charge % est diminué. A l'instant t3, la tension V devenue p r élevée sous l'effet de la précharge, est diminuée d'un montant qui est plus grand que la chute de tension maximale à laquelle on peut s'attendre sur le noeud éventuel (le noeud A ou le noeud B garde un potentiel élevé) durant le verrouillage subséquent lorsque le signal ~s est engendré.La tension Vr ne doit pas être diminuée moins d'une tension de seuil au-dessus du potentiel de masse, et doit de préférence se situer près de l'extrémité à potentiel relativement élevé de sa portée de potentiels en vue dtoptimaliser les caractéristiques de vitesse. A une durée déterminée d'avance qui suit l'instant t4, le signal d'horloge ~x devient élevé. Les dispositifs 30 et 32 sont donc conducteurs, et la charge se répartit sur les noeuds A et B. Sur le noeud A se répartissent les charges des condensateurs 29 et 28, alors que sur le noeud B se répartissent les charges des condensateurs 31 et 28.Comme précédemment, la capacité du condensateur 29 est indiquée par C2 et celle du condensateur 31 par Cl. Comme résultat, il existe entre les noeuds A et B une différence de tension comprise entre environ 200 millivolts et 400 millivolts. Si les armatures du condensatour 31 sont le siège d'une tension relativement élevée, le potentiel du noeud B est plus élevé que celui du noeud A, et inversement. Puis, à l'instant t6, le signal ~5 devient élevé, le transistor 39 commence à devenir conducteur, et le circuit amplificateur se verrouille dans un état qui est défini d'avance par la polarité de la tension différentielle entre les noeuds A et B. Dans le même temps, la forme du flanc descendant du signal sur le noeud C définit la quantité de charge perdue depuis la borne de sortie durant le verrouillage. La publication citée en premier lieu ci-dessus décrit ce phénomène. Si la charge perdue n'est pas rétablie avant que le fonctionnement du circuit corresponde à la partie de décharge du cycle de fonctionnement, un niveau plus pauvre ou détérioré est r2r~vc# aux armatures du condensateur 31, étant donné que le noeud E est maintenant le noeud de sortie de la figure 3. Dans ce cas, le potentiel du noeud A diminue jusqutau potentiel de masse à travers les transistors 35 et 39 et provoque la diminution du potentiel du noeud E jusqu'au potentiel de masse à travers le transistor 42. A son tour, cela fait amener le condensateur 46 dans son état de faible capacité. Le noeud B reste suffisamment élevé -également en cas de chute de tension - pour maintenir bloqué le transistor 48 à cause de la diminution de tension jusqu'à Vrs et le noeud D reste à un potentiel de précharge élevé. Ensuite, à l'instant t8, lorsque le signal ~r devient élevé, le couplage capacitif à travers le condensateur 52 provoque un nouvel accroissement du potentiel du noeud D, et impose au transistor 50 son fonctionnement en triode.Il s'agit là du fonctionnement entre le régime de saturation complète ou le régime de saturation incomplète, et la situation-de déblocage complet. Le résultat est une restauration de charge dans le noeud B, et la charge ainsi établie est maximale sous lteffet dun courant fourni à travers le transistor 50. Etant donné que le potentiel du noeud E était ramené au potentiel de masse, il se trouve que du coté du noeud A, le signal d'horloge ~ nta pas d'effet de couplage, et le transistor 44 reste non conducteur. Le résultat est que, depuis la source V, il ne passe aucun courant continu vers la masse. Un potentiel de masse s'établit alors sur le noeud A et fournit un emmagasinage absolu de tension minimale dans la cellule d'emmagasinage branchée à la ligne de bit du noeud A. A l'instant t10, le signal ~ diminue, aux instants t11 les signaux ~ et ~r diminuent, tandis qu'à ltinstant t14 le signal 5 est à nouveau disponible pour le p cycle de précharge.. Il apparaît donc clairement que l'invention fournit un circuit amplificateur perfectionné pour la lecture et le rafraîchissement dsinformation. En particulier, le circuit comporte des moyens permettant de connecter sélectivement la source uniquement au dispositif se trouvant dans son état de conduction faible, et d'éliminer une voie pour un courant à forte intensité qui pourrait# s'écouler lorsque le dispositif est fortement conducteur. Par ailleurs, les dimensions réelles des transistors utilisés dans le circuit peuvent être aussi grandes ou petites que désirables et cela sans autres obligations ê l'égard de la faible tension de borne de sortie de la faible dissipation d'énergie, ou des résistances série effectives du transistor, ce qui ntétant pas le cas dans les circuits connus. REVENDICATION: Circuit amplificateur pour la lecture et le rafraîchissement d'information emmagasinée, utilisé en combinaison avec une source de tension d'alimentation et appartenant au type capable d'acquérir des premier et deuxième états en poilseà des signaux appliqués à des premier et deuxième noeuds d'entrée, ledit circuit comportant des premier et deuxième dispositifs actifs qui sont couplés en qroix et dont chacun est capable d'acquérir un état de forte conduction et un état de faible conduction alors qu'entre ces dispositifs actifs sont branchés des moyens de restauration en vue de connecter sélectivement ladite source uniquement au dispositif se trouvant dans son état de faible conduction, caractérisé en ce que lesdits moyens de restauration comportent d'une part des troisièm# et quatrième dispos tifs actifs dont les électrodes de commande sont raccordées auxdits noeuds d'entrée à travers des cinquième et sixième dispositifs actifs qui de façon alternante se trouvent dans un état de faible conduction et un état de forte conduction en correspondance aux états de faible et de forte conduction desdits premier et deuxième dispositifs actifs et d'autre part, des condensateurs pour fournir une tension de restauration auxdites électrodes de commande des troisième et quatrième dispositifs actifs.