Brevet FR2439429A1 — publié le 19800516

La présente invention concerne un générateur de signaux d'horloge qui fournit, à partir d'un signal d'horloge externe, deux signaux d'horloge internes ne présentant pas de recouvrement. Un tel générateur trouve une application notamment dans les circuits MOS (abréviation de "Metal Oxide Semiconductor") à fonctionnement dynamique. Le fonctionnement est dit dynamique en ce sens que l'information est retenue par simple stockage de charges dans la capacité de grille d'un transistor MOS. On a alors souvent besoin de deux phases d'horloge sans recouvrement afin de permettre d'abord le stockage des charges et ensuite leur transfert sans qu'il puisse y avoir simultanéité entre ces deux opérations. Selon une solution connue, les phases sans recouvrement sont toutes les deux produites par l'intermédiaire d'un circuit approprié qui est luimême commandé par un signal d'horloge externe. Un exemple de circuit est décrit dans la demande de brevet français nO 78 11235 déposée par la demanderesse le 17 avril 1978 et intitulée : "Générateur de signaux d'horloge sans recouvrement". Cette solution connue présente toutefois l'inconvénient, pour des applications à fonctionnement rapide, d'introduire un retard entre le signal d'horloge externe et les deux signaux de sortie sans recouvrement. Ce retard est dû aux temps de propagation des signaux dans les différents éléments du circuit. Un objet de l'invention est précisément un générateur de signaux d'horloge sans recouvrement évitant cet inconvénient. Un avantage du générateur de signaux d'horloge sans recouvrement selon l'invention réside dans le fait qu'il peut fonctionner quelle que soit la fréquence du signal d'horloge externe. Selon une caractéristique de l'invention, le premier signal d'horloge interne, référencé H1, est constitué par le signal d'horloge externe5 référencé H, et le second signal d'horloge interne, référencé H2, est engendré par - un générateur de rampe commandé par le signal d'horloge externe H de façon qu'il délivre un signal de rampe V nul quand le signal H est au niveau 1 et en forme de rampe quand le signal H est au niveau O, la pente de la rampe étant variable de manière que le sommet atteigne une tension fixe Vmax quelle que soit la période du signal d'horloge externe H - une bascule délivrant le second signal d'horloge interne H2 et recevant sur une première entrée le signal d'horloge externe H et sur une seconde entrée le signal de rampe V, ladite bascule étant mise à l'état 1 par la première entrée lorsque le signal d'horloge externe H présente un front de descente, et remise à l'état O par la seconde entrée lorsque le signal de rampe V atteint une tension fixe Vref inférieure à la tension fixe Vmax. D'autres caractéristiques de l'invention apparattront au cours de la description suivante d'un exemple particulier de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels - la figure 1 représente le schéma d'ensemble du générateur de signaux d'horloge selon l'invention - les figures 2.a à 2.d représentent des diagrammes de signaux relatifs au schéma de la figure 1 - la figure 3 représente l'agencement fonctionnel d'un générateur de rampe utilisé dans l'invention - la figure 4 représente un exemple de réalisation en C-MOS du générateur de rampe de la figure 3 ; - la figure 5 représente l'agencement fonctionnel d'une bascule utilisée dans l'invention. 1. Principe de fonctionnement du générateur de signaux d'horloge sans recou vrement selon l'invention (figures 1 et 2.a à 2.d) On appellera H le signal d'horloge externe Hl le premier signal d'horloge interne H2 le second signal d'horloge interne. Le premier signal d'horloge interne H1 (figure 2.b) est constitué par le signal d'horloge externe H (figure 2.a). Aucun retard n'existe par conséquent entre ces deux signaux. Le second signal d'horloge interne H2 (figure 2.d) est fourni par une bascule 1 dont une entrée est commandée par le signal d'horloge externe H et dont l'autre entrée est commandée par un signal de rampe V (figure 2.c) produit par un générateur de rampe 2. La bascule 1 est mise à l'état 1 par le front de descente du signal d'horloge externe H et remise à l'état O lorsque le signal de rampe V atteint une tension de référence fixe Vref. Compte tenu du temps de propagation à l'intérieur de la bascule 1, le front de montée du signal H2 est en retard d'un temps t sur le front de descente du signal H, ce qui exclut un recouvrement entre ces deux fronts. Pour la même raison, il existe un retard entre le niveau de tension Vref du signal de rampe V et le front de descente du signal H2, mais celui-ci n'a pas été représenté sur la figure 2.d car il n'est pas indispensable à l'invention. Le générateur de rampe 2 délivre - une tension nulle lorsque le signal H est à l'état 1 - une rampe à pente variable lorsque le signal H est à l'état o. La rampe commence sur le front de descente du signal H et sa pente est variable de façon que le sommet atteigne une tension fixe Vmax quelle que soit la période du signal H (figure 2.c). La tension de référence Vref est inférieure à la tension Vmax d'une valeur fixe EV : : Vref = Vmax - LV. Ainsi, quelle que soit la période du signal d'horloge externe H, le front de descente du signal d'horloge interne H2 précède le front de montée du signal d'horloge interne H1, ce qui exclut un recouvrement entre ces deux fronts. En résumé, les deux signaux d'horloge internes H1 et H2 ne se recou vrent pas, quelle que soit la période du signal d'horloge externe H, et le retard sur le signal horloge externe H est réduit au minimum. 2. Générateur de rampe 2.1 Agencement (figure 3) Le signal de rampe V est obtenu aux bornes d'un condensateur C1 chargé par un générateur de courant 3 contrôlé en tension. Un interrupteur 4, placé en parallèle sur le condensateur C1 et commandé par le signal d'horloge externe H, permet de décharger le conden sateur C1. Un comparateur de tension 5 est relié d'une part à une source de référence 6 et d'autre part à un détecteur de maximum 7 délivrant, pour chaque rampe du signal V, la tension maximum obtenue diminuée de la tension fixe dV. La tension de sortie du comparateur 5 contrôle, par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas 8, le débit du générateur de courant 3. 2.2 Fonctionnement Lorsque le signal d'horloge externe H est au niveau 1, l'inter rupteur 4 est fermé, maintenant ainsi à zéro le signal de rampe V. Lorsque le signal H est au niveau o, l'interrupteur 4 est ouvert et le condensateur C1 se charge. La charge est contrôlée par les circuits 5, 6, 7 et 8 réalisant une boucle d'asservissement. La boucle d'asservissement fonctionne de façon à imposer au géné rateur de courant 3 un débit tel que le sommet de la rampe soit à la tension fixe Vmax. On a alors, à l'équilibre - tension en A = Vmax - tension en B = Vmax - EV = Vref. Si le courant de charge est trop élevé, on a - tension en A > Vmax - tension en B > Vref. Le comparateur 5 est alors déséquilibré et va modifier sa tension de sortie de façon à réduire le débit du générateur de courant 3. Si le courant de charge est trop faible, on a - tension en A - tension en B Le comparateur 5 est déséquilibré dans l'autre sens et va modifier sa tension de sortie en sens inverse de façon à augmenter le débit du générateur de courant 3. 2.3 Exemple de réalisation en ÇMOS (figure 4) Le circuit est alimenté par une tension positive VDD. Les transis tors MOS sont du type à enrichissement. Le commutateur 4 est un transistor M1 à canal N dont la grille reçoit le signal d'horloge externe H. Le générateur de courant 3 est un transistor M2 à canal P dont la grille reçoit la tension de contrôle. La source de référence 6 est constituée par un pont de résistances R1 et R2 connecté entre l'alimentation et la masse. Le comparateur 5 est un amplificateur différentiel comportant deux transistors M3 et M4 à canal P dont les grilles respectives consti tuent les entrées. Les sources de ces deux transistors sont reliées à l'alimentation par l'intermédiaire d'un transistor M5 à canal P fonction nant en générateur de courant. Le drain du transistor M3 est directement relié à la masse. Le drain du transistor M4 constitue la sortie de l'amplificateur différentiel et est relié à la masse par l'intermédiaire d'un transistor M6 à canal N constituant la résistance de charge. La pola risation des transistors M5 et M6 est effectuée par un transistor M7 à canal 0 une résistance R3 et un transistor M8 à canal N, les transistors M7 et M8 ayant la grille reliée au drain pour fonctionner en saturation.Le transis tor M7 fixe la valeur du courant traversant le transistor M5. Le rapport des courants des transistors M5 et M7 est fonction du rapport de leurs dimensions. Le transistor M8 fixe la valeur de la résistance du transistor M6. Le filtre passe-bas 8 est constitué par un condensateur C2 et la résistance du transistor M6. Le détecteur de maximum 7 est constitué par - une diode D montée entre les points A et B dans le sens de A vers B - une résistance R4 placée entre la cathode de la diode D et la masse - la capacité parasite Cp (représentée en pointillé) de la grille du transistor M3. La diode D a un double roule - dans le sens passant, elle procure l'écart de tension fixe dV entre les points A et B - dans le sens bloqué, elle évite à la capacité parasite Cp de se déchar ger rapidement lors de la fermeture de l'interrupteur 4. La résis tance R4 doit être grande de façon à décharger très lentement la capacité Cp. Le rôle des constantes de temps introduites par le filtre passe bas 8 et le détecteur de maximum 7 est d'éviter les oscillations de la boucle d'asservissement. 3. Bascule (figure 5) La bascule 1 peut être réalisée de multiples façons, en circuit intégré ou autre, et ne présente pas de difficulté particulière. Son agencement fonctionnel est représenté à la figure 5. Le signal d'horloge interne H2 est délivré par la sortie Q d'une bascule RS 9. Le signal H2 passe au niveau O lorsque l'entrée R de la bascule 9 est à l'état actif o. C'est le cas lorsqu'elle reçoit, par l'intermédiaire d'un trigger de Schmitt inverseur 10, un signal de rampe V supérieur à la tension de référence Vref. Le signal H2 passe au niveau 1 lorsque l'entrée S de la bacule 9 est à l'état actif o. C'est le cas lorsqu'elle reçoit, par l'intermédiaire d'une porte OU 11, le front de descente du signal d'horloge externe H. Un trigger de Schmitt 12 délivre un niveau 1 lorsque le signal de rampe V à son entrée atteint une tension Vs légèrement supérieure à zéro. Il inhibe alors, par l'intermédiaire de la porte OU 11, le signal H pendant la montée de la rampe. La bascule 9 peut ainsi commuter lorsque son entrée R devient active, c'est-e-dire lorsque le signal de rampe V atteint la tension Vref. L'ensemble du générateur de signaux d'horloge selon l'invention peut être réalisé en circuit intégré C-MOS. Bien que la présente invention ait été décrite avec un exemple particulier de réalisation du générateur de rampe, il est clair qu'elle n'est pas limitée audit exemple et qu'elle est susceptible de variantes ou modifications sans toutefois sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Générateur de signaux d'horloge fournissant, à partir d'un signal d'horloge externe H, deux signaux d'horloge internes sans recouvrement H1 et H2, caractérisé en ce que le premier signal d'horloge interne H1 est constitué par le signal d'horloge externe H et en ce que le second signal d'horloge interne H2 est engendré par - un générateur de rampe commandé par le signal d'horloge externe H de façon qu'il délivre un signal de rampe V nul quand le signal H est au niveau et en forme de rampe quand le signal H est au niveau o, la pente de la rampe étant variable de manière que le sommet atteigne une tension fixe Vmax quelle que soit la période du signal d'horloge externe H ;; - une bascule délivrant le second signal d'horloge interne H2 et recevant sur une première entrée le signal d'horloge externe H et sur une seconde entrée le signal de rampe V, ladite bascule étant mise à l'état 1 par la première entrée lorsque le signal d'horloge externe H présente un front de descente, et remise à l'état O par la seconde entrée lorsque le signal de rampe V atteint une tension fixe Vref inférieure à la tension fixe Vmax. 2. Générateur de signaux d'horloge selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de rampe est constitué par - un condensateur chargé par un générateur de courant contrôlé en tension ; - un interrupteur placé en parallèle sur le condensateur et commandé par le signal d'horloge externe H de façon qu'il soit fermé sur le niveau 1 - une boucle d'asservissement comportant un comparateur de tension dont une entrée est reliée à une source de référence délivrant la tension fixe Vref, dont l'autre entrée est reliée à un détecteur de maximum délivrant, pour chaque rampe du signal V, la tension maximum obtenue aux bornes du conden sateur diminuée d'une tension fixe bV = Vmax - Vref, et dont la sortie est reliée à l'entrée de contrôle du générateur de courant par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas.