Brevet FR2448815A1 — publié le 19800905

La présente invention concerne un agencement de circuit comprenant un transistor utilisé en commutateur On sait utiliser dans l'art antérieur des transistors en commutateurs. En fonction de la valeur d'un signal de commande qui lui est appliqué, un tel transistor passe a l'état non conducteur ou a l'état conducteur1 c'est--dire qu'une chute de tension très importante ou très petite apparait dans le trajet collecteur-émetteur et, dans le cas des transistors a effet de champ, dans le canal. Les temps de commutation d'un tel transistor dépendent des propriétés physiques et du calage du transistor. Dans la plupart des cas, les temps de commutation doivent être aussi courts que possible.Cependant, des temps de commutation de courte durée provoquent des pointes dans le circuit connecté au transistor, et ces pointes peuvent, dans certaines applications, être gênantes. La présente invention a pour objet de prévoir un agencement de circuit. -du type indiqué ci-dessus, dans lequel un changement d'état du commutateur n'est pas perturbé et ne conduit pas aux pointes indésirables que l'on rencontre dans les circuits connectés au commutateur. La présente invention présente l'avantage principal que l'agencement de circuit peut être mis en oeuvre en faisant appel aux techniques des circuits intégrés. L'application à l'agencement d'un signal variant en fonction du temps permet de choisir volonté le changement d'état du commutateur. Ce changement se produit continuellement et dans un intervalle de temps pouvant être. sélectionné de façon arbitraire. De cette façon, des changements brutaux peuvent être totalement éliminés. L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite a titre d'exemple non limitatif en se reportant aux figures annexées qui re présentent La figure 1 représente un agencement de circuit selon la présente invention La figure 2 représente la variation en fonction du temps de variables physiques présentes en certains points de l'agencement de circuit de la figure 1 ; La figure 3 représente la tension de commande du transistor utilisé en commutateur dans l'agencement de cir- cuit représenté en figure 1, en fonction du signal appliqué lorsque le commutateur passe a l'état conducteur ; et La figure 4 represente la fonction de commande correspondante lorsque le commutateur passe à l'état non conducteur. L'agencement de circuit représente dans la figure 1 contient un transistor à effet de champ (MOS) Tsî , qui est utilisé pour procéder à la commutation d'un circuit électrique, par exemple, d'un circuit contenant un circuit intégré. Le drain du commutateur TS est connecté à une borne de sortie VA, à à laquelle le circuit a commuter doit être connecté. La source du transistor TS est connectée a une tension de polarisation VB, qui est de 4 volts dans un mode de réalisation pratique. L'agencement de circuit comprend une entrée de commande QA, et le signal de commande appliqué a cette entrée détermine l'état du transistor TS. Lorsque l'entrée QA est au niveau logique "1", ou niveau "H" (haut), le transistor TS est a l'état conducteur. Dans ce cas, une tension VG = VDD - Vt (T6), où VDD est une tension d'alimentation egale, par exemple, a + 24 volts1 et Vt (T6) est la tension de seuil d'un transistor T6, est appliquée a la gâchette du transistor TS d'une manière qui sera décrite ultérieurement.Dans l'état conducteur, le transistor TS a une résistance dont la valeur est approximativement la suivante RON (T5) ^ (I) K(VGS - Vt (TS)) V = V - V GS G B où VGS est la tension gâchette-source de TS et K un facteur détermine par les propriétés physiques et la géométrie du transistor TS. Lorsque l'entrée QA est au niveau logique . "o" ou niveau "B" (bas) , le transistor TS est non conducteur. Dans ce cas, une tension VG - O est appliquée à sa gâchette, et sa résistance de sortie est ROFF. (TS) = #. L'entrée de commande QA est connectée à l'entrée D d'une bascule D, FF Le signal de commande appliqué à l'entrée QA est ainsi transféré à la sortie QIA OU à la sortie complémentaire QIA lorsque seulement une transition 3 - 1 se produit à l'entrée d'horloge Pi de la bascule FF. Une entrée de commande QA est présentee avec le signal de commande logique complémentaire a l'agencement de circuit. Les entrées de commande QA et 7 de l'agencement de circuit ainsi que les sorties QIA et QIA de la bascule FF sont connectées aux entrées de trois portes ET Al, A2 et A3 de la manière représentée en figure 1. L'agencement de circuit selon la présente invention comporte une entrée supplémentaire FE, par l'intermédiaire de laquelle une tension arbitraire variant en fonction du temps F(t) est appliquée, qui détermine la variation en fonction du temps du changement d'état du transistor de commutation TS. Un exemple de la fonction F(t) est représenté par la ligne en dents de scie de la figure 2, troisième ligne. L'entrée FE est connectée à la gâchette d'un premier transistor de commutation T1 et a l'entrée d'un inverseur EI dont la sortie est couplée à la gâchette d'un second transistor de commutation T2. La fonction F(t) est ainsi transférée a la gâchette de T1, alors que sa fonction complémentaire F(t) est transférée a la gâchette de T2.Quant a la fonction du temps, les conditions suivantes prévalent F(tl) = O F(t2) > Vt (T2) où Vt (T2) est la tension de seuil du transistor T2 L'augmentation de la tension d'entrée correspondant à la fonction F(t) est initialisée par le changement d'état du signal de commande QA a l'instant t = t1 (voir figure 2, première et troisième lignes). La fonction F(t) croit continuellement jusqu'à l'instant t = t2. Le signal horloge appliqué à l'entrée d'horloge ss est synchronisé avec le commencement de la décroissance de la fonction F(t) (figure -2, deuxième et troisième lignes). Les sorties des portes ET Al, A2 et A3 sont connectuées respectivement, aux gâchettes d'un troisième transistor de commutation T3, d'un quatrième transistor de commutation T4 et d'un cinquième transistor de commutation T5. Les sources de ces transistors sont reliées a la masse. Le drain du transistor T3 est connecté à la source du transistor T2, le drain du transistor T5 a la gâchette du transistor TS. Le drain du transistor T1 est connecté aux sources de deux transistors supplémentaires placés en parallèle, c'est-à-dire d'un sixième transistor T6 et d'un septième transistor T7, aux drains desquels est appliquée la tension positive d'alimentation VDD. De plus, la tension d'alimentation VDD est appliquée a la gâchette de T6, alors que la gâchette de T7 est connectée au point de jonction d'un huitième transistor T8 et d'un neuvième transistor T9, qui constituent un diviseur de tension. La tension d'alimenta tison VDD est appliquée a la gâchette de T8, alors qu'une tension de polarisation Vg est appliquée a la source de T9. kes transistors T1 a Si forment un inverseur INV dont la partie de charge LU est constituée de T6 et de T7, alors que la partie de commande CU comprend T1, T2, T3, T4 et T5. Le fonctionnement de l'agencement de circuit selon la présente invention est le suivant. Si l'état du signal de commande appliqué.à l'entrée QA ne change pas, on a alors QA = QIA, de sorte que les transistors T3 et T4 sont non conducteurs. L'état du transistor T est déterminé par l'intermédiaire de T5. Si l'état du signal de commande à l'entrée A change (t = t1), les signaux QIA et QA sont égaux jusqu'S l'ar- rivée de l'impulsion d'horloge suivante, c'est-à-dire entre les instants ta et t2. Le transistor T5 est alors non conducteur pendant toute la durée de l'intervalle de temps #t : t1 - t2. Selon que le transistor T5 doit passer de l'état non conducteur à l'état conducteur, ou de l'état conducteur à l'état non conducteur, soit le transistor T3, soit le transistor T4 est amené à l'état conducteur. Il en résulte que la tension gâchette-source VGS et, par conséquent, la résistance de sortie du transistor TS peuvent suivre la variation en fonction du temps de F(t) ou F(t), respectivement. Si, par exemple, le commutateur de conduction T5 doit être non conducteur, T4 est conducteur au commencement du changement d'état, alors que T3 et T5 sont non conducteurs. Lorsque la tension de gâchette de T1 augmente, la tension de gâchette VG du transistor T5 décroît suivant la caractéristique représentée en figure 3, et le transistor TS est lentement polarise pour passer à l'état non conducteur. Cette caractéristique représentée en figure 3, c ' est- -dire la dépendance de la tension gâchette-source VGS vis-à-vis de la fonction F(t) est d'une grande importance pour le fonctionnement de 1' agencement de circuit selon ta présente invention. Elle provoque une variation beaucoup plus lente de la tension de gâchette VG près du seuil de commutation de T5 (Vt(TS) + YB) qu'aux tensions de gâchette supérieures (VG # Vt(TS) + VB). Ceci contrebalance la grande variation de résistance du transistor T5 dans la zone de la tension de seuil (voir équation (1)). Les caractéristiques représentées dans les figures 3 et 4 sont obtenues avec les transistors de commutation T1, T6 et T7 et le diviseur de tension T8, T9. Un facteur important pour la détermination des propriétés des transistors à effet de champ est constitué par les dimensions physiques de la surface de canal et en particulier par le rapport largeur/longueur w/1 de canal. Pour le transistor T6, ce rapport w/1 doit avoir un ordre de grandeur inférieur à celui des transistors T7 et T1, Dans un mode de réalisation pratique, ces rapports sont les suivants les uns par rapport aux autres (w/1)T6 : (w/1) T1 : (w/1) T7 = 1 : 200 : 100. La gâchette du transistor T7 est à un potentiel vi fourni par le diviseur de tension T8, Tg ; ce potentiel est légèrement supérieur au seuil de commutation du transistor TS. Tant que VG > V1 - Vt (T7), le transistor T7 est non conducteur, et la partie en pente de la caractéristique est déterminée par T1 et T6. Lorsque VG tombe au-dessous du seuil de commutation de T7, ce dernier devient conducteur. Comme la résistance du transistor T7 est très inférieure à celle de T6, la partie plate de la caractéristique est déterminée par T1 et T7e Le seuil de commutation du transistor TS se trouve toujours dans la partie plate de la caractéristique, quelles que soient les tolérances de la tension de seuil des transistors et de la tension de'source VB du transistor TS. . Cela est obtenu au moyen du diviseur de tension T8, Tg dont une borne est connectée à la même tension de polarisation que le transistor TS. Les tolérances de la tension de seuil de tous les transistors T1 à T9 sont largement identiques ; dans un circuit intégré, cela est de toute façon le cas.Dans un mode de réalisation pratique, les valeurs suivantes ont été choisies pour les transistors T8 et T (w/1) T8 : (w/1) T9 = 1 : 5 La zone de seuil de commutation est représentée en figure 3 par un rectangle hachuré. La tension de polarisation VB ou la tension de seuil Vt augmentant, la tension V1 du diviseur augmente egalement, de sorte que le coude de la caractéristique se déplace vers le haut. Cela est représente en figure 3 par la courbe en pointillé A. VB ou Vt diminuant, le coude se déplace vers le bas (courbe en pointillé B de la figure 3). La figure 4 représente la caractéristique de commutation inverse, c'est-à-dire lorsque le commutateur TS passe de l'état non conducteur à l'état conducteur. La fonction complémentaire approximative F(t) fournie par l'inverseur analogique EI est représentée en fonction de F(t). La figure 2 représente la variation en fonction du temps du signal de commande appliqué à l'entrée de com mande QAr- de l'impulsion d'horloge # , de la fonction F(t) du signal, du signal de sortie QIA de la bascule FF, et de la résistance de sortie du transistor TS. La courbe plate montre que la variation de la résistance de sortie est constante et est déterminée par la fonction F(t) du signal. Pour une tension d'alimentation VDD de 24 volts et une tension de seuil du transistor Ti de Vt (T1) de 6 volts, la tension gâchette-source du transistor T5 est VGS = 18 volts lorsque le transistor est conducteur. Cette tension suffit à rendre conducteur le transistor T8 avec certitude. Il est bien évident que la description qui précéde n'a été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et que d'autres variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIoNS 1 - Agencement de circuit comprenant un transistor utilisé en commutateur, et en particulier un transistor MOS à effet de champ, qui est amené à passer de l'état non conducteur à l'état conducteur par un signal de commande applique à une entrée de commande, caractérisé en ce qu'il comporte une entrée supplémentaire (FE) permettant d'appliquer une fonction de signal (F(t)) variant avec le temps qui détermine la variation de résistance du commutateur (TS). 2 - Agencement de circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient un inverseur (INV) qui peut être actionné par le signal de commande (QA) et être alimenté avec la fonction de signal et la fonction complémentaire (F(t)) de cette fonction. 3 - Agencement de circuit selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une bascule D (FF) comportant l'entrée de commande (QA) a sa sortie connectée par l'intermédiaire de plusieurs portes ET (Ai, A2, A3) à l'inverseur (INV), et en ce que le signal de commande com plémentaire (QA) est appliqué aux secondes entrées de deux de ces portes ET(A2, A3). 4 - Agencement de circuit selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'inverseur (INV) comporte une partie de commande (T1, T2, T3, T4, T5), dans laquelle les bornes de gâchette d'un premier transistor à effet de champ (T1) et d'un second transistor à effet de champ (T2) constituent les entrées de la fonction de signal variant avec le temps (F(t)) et de la fonction complémentaire (F(t)) de cette fonction, respectivement. 5 - Agencement de circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que les bornes de gâchette d'un troisième, d'un quatrième et d'un cinquième transistor à effet de champ (T39 TA, T5) sont connectées aux sorties des portes ET (A1, A2, A3) 6 - Agencement de circuit selon la revendication 5, caractérisé èn ce que les bornes de drain des premier, second et cinquième transistors à effet de champ (T1, T2, T5) sont connectées à la borne de commande du transistor (Ts) utilisé en commutateur, 7 - Agencement de circuit selon l'une des- revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'inverseur (INV) comporte une partie de charge (LU) contenant deux transistors à effet de champ (T6, T7) placés en parallèle, et en ce que ces sixième et septième transistors à effet de champ (T6, T7j ont leurs bornes de drain connectes à une tension d'alimentation positive- (VDD), , alors que leurs bornes de source sont connectées à la borne de drain du premier transistor à effet de champ, (T1). 8 - Agencement de circuit selon la revendication 7, caractérisé en ce que la borne de gâchette du septième transistor à effet de champ (T7) est connectée au point de jonction (CP) dé deux transistors a effet de champ supplémentaires (T8, T9) qui forment un divisuer de tension.