Brevet FR2463543A1 — publié le 19810220

L'invention a pour objet un dispositif de commutation à l'état solide en circuit intégré. Les transistors en circuit intégré trouvent des applications extremement nombreuses. Leurs conditions de polarisation posent cependant des problèmes lorsque, dans une commutation à réaliser, interviennent des tensions dont les variations risquent de faire sortir le transistor de la condition souhaitée. L'invention concerne plus particulièrement les transistors MOS et elle est caractérisée en ce que, dans le circuit intégré à partir duquel est constitué ledit transistor, on prévoit un générateur de tension monté en dérivation par rapport à la jonction sourcegate dudit transistor, de sorte que le transistor est maintenu en condition passante malgré les variations du potentiel de sa source. L'invention vise une forme de réalisation d'un circuit intégré à transistor MOS, caractérisée en ce qu'on forme, sur le silicium à partir duquel est constitué le transistor, des diodes photo voltalques jouant.le r61e dudit générateur de tension. Elle est en outre caractérisée en ce que lesdites diodes servent à maintenir en état de charge un condensateur directement relié à la source et à la parte du transistor, une diode de blocage étant formée dans le circuit des diodes photovoltaiques. L'invention tire ici parti du fait que le semi-conducteur constitutif du transistor présente par nature meme, entre sa source et sa porte, une capacité qui, considérée jusqu'ici comme parasite, est mise à profit pour former le condensateur. La commutation par le dispositif s'effectue alors de la manière la plus simple, par éclairement ou par non-éclairement des diodes photovoltaïques. L'invention prévoit également de rendre inopératoire la diode de blocage par éclairement de celle-ci. Le passage d'une condition de conduction à une condition de blocage pour le transistor est alors obtenu en interrompant l'éclairement des diodes photovoltaSques et en éclairant la diode de blocage. Dans l'un et l'autre cas, la source de lumière est avantageusement une diode électroluminescente, par exemple une cellule à l'arséniure de gallium, conférant à l'ensemble du dispositif une homogénéité de constitution et de construction particulièrement avantageuse. En variante, la source de lumière est fournie à partir d'une fibre optique. L'invention vise également une forme de réalisation dont le bon fonctionnement reste assuré malgré l'inversion de polarité. Cette forme de réalisation trouve utilisation en particulier pour interrompre à volonté la liaison électrique entre deux conducteurs tout en permettant, dans le cas où la liaison électrique est établie, la transmission de courants dans un sens ou dans l'autre, aussi bien de courants de modulation que de courants alternatifs d'alimentation. Elle est à cet égard caractérisée en ce qu'on monte, entre deux conducteurs dont la liaison électrique est à commander, deux transistors FET,du type MOS, avantageusement DMOS ou VMOS, en série l'un avec l'autre,mais tête-bêche, avec un drain commun, les sources des deux MOS étant respectivement reliées à l'un et à l'autre des conducteurs. Un tel dispositif est opératoire quel que soit le conducteur dont le potentiel est le plus élevé, le blocage étant assuré par l'un ou par l'autre des MOS. L'éclairement des diodes photovol-taSques associées aux deux MOS et le non-éclairement des diodes de blocage rendent les deux MOS conducteurs. Le non-éclairement des diodes photo voltarques et l'éclairement des diodes de blocage amènent le dispositif en condition de blocage. Un tel dispositif est utilisable en tant que relais. I1 est également utilisable dans le domaine des communications téléphoniques, spécialement pour la jonction entre Zes lignes d'abonnés et des paires d'un autocommutateur de central téléphonique. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est un schéma de montage d'un dispositif comprenant un MOS; - la figure 2 est analogue à la figure 1, mais pour une autre condition; - - la figure 3 est un diagramme; - la figure 4 est un autre diagramme; - la figure 5 est un schéma explicatif analogue à la figure 2, pour une autre réalisation; - la figure 6 est un schéma d'une forme de réalisation d'un dispositif selon l'invention; - la figure 7 est un schéma explicatif d'un dispositif à deux MOS; - la figure 8 est un schéma.d'un dispositif à deux MOS, pour une forme de réalisation; et - la figure 9 est une vue d'un dispositif selon l'invention dans son utilisation pour le contrôle d'un réseau téléphonique. Au MOS 101 (figure 1) à source S, drain D et porte G est associé un générateur de courant continu 102 à p8le positif 103 et pôle négatif 104, le pdle positif 103 étant relié à la porte G par un circuit 105 qui comprend un interrupteur 106. Dans le cas où l'interrupteur 106 est ouvert, comme montré sur la figure 1, le MOS 101, équivalent à une diode, comme symbolisé en 101', laisse passervle courant dans le sens de la source S au drain D mais s'oppose au passage du courant dans le sens allant du drain D vers la source S. Par contre, lorsque l'interrupteur 106 est fermé, commé montré sur la figure 2, sa porte G étant à un potentiel plts élevé que sa source S, le MOS est équivalent à une résistance ohmique, comme symbolisé en 101"., Lorsque le potentiel appliqué à la source S prend, en alternance, des valeurs positives et des valeurs négatives, dans la condition montrée sur la figure 1, c'est-à-dire lorsque le générateur 102 est inopératoire, le courant circulant dans le MOS est montré sur le diagramme de la figure 3 : le MOS ne laisse passer que les alternances positives et ne laisse pas passer les alternances négatives. Par contre, lorsque le générateur 102 est opératoire (figure X, le MCS laisse passer les deux alternances, comme schématisé sur le diagramme de la figure 4. Dans le montage selon la figure 5, le générateur de tension est un condensateur 91 dont l'armature positive 92 est reliée au gate G et l'armature 93 à la source S, le condensateur 91 étant chargé à partir du secondaire 94 d'un transformateur 95 dont le primaire 96 est relié à un générateur de courant alternatif 97, le circuit 98 dont fait partie le secondaire 94 comprenant une diode 99. Lorsque le condensateur 91 est chargé, le MOS 101 est passant quel que soit le signe de la polarisation de la jonction entre sa source S et son drain D. Lorsqu'il n'est pas chargé, il est pas sant dans un seul sens. Dans le montage selon la figure 6, la charge du condensateur 91 est entretenue par des diodes 81, en série dans le circuit 98 et formées sur le silicium dont fait partie le MOS 101, ces diodes étant éclairées par une source de lumière 82, constitu8e - a avantageusement par une diode électroluminescente, par/l'arséniure de gallium ou par l'extrémité d'une fibre optique. Tant que le condensateur 91 reste chargé, le MOS 101 est dans sa con dition passante dans l'-un et l'autre sens. La charge du conden sateur est entretenue par le courant engendré par les cellules photovoltaques 81. Ce courant peut être du type impulsionnel; l'alimentation de la ou des diodes électroluminescentes est alors impulsionnelle. Dans le cas d'une fibre optique, il en est de même pour l'éclairement fourni à celle-ci. En regard de la diode 99, formée dans le silicium sur lequel est formé le transistor 101, est prévue une source de lumière 83 qui est laissée inopératoire aussi longtemps que la source de lumière 82 est opératoire. En rendant opératoire la source de lumière 83, l'éclairement de la diode 99 supprime l'effet de blocage de cette dernière et les armatures 92 et 93 de con densateur 91 sont mises en court-circuit. Le MOS 101 devient bloquant pour un sens de passage du courant entre sa source S et son drain D. Dans le dispositif montré sur la figure 7, un premier MOS, M1 et un second MOS, M2, sont montés en série entre un premier conducteur 111 et un second conducteur 112, entre lesquels il s'agit d'établir ou d'interrompre à volonté une liaison électrique. Le conducteur 111 est relié par un circuit 113 à la source S1 du MOS M1 et le conducteur 112 est relié par un circuit 114 à la source S2 du MOS M2. Les MOS M1 et M2 sont montés tete-b8che, c' est-à-dire que leurs drains D1 et D2 sont communs, de sorte que leurs schémas équivalents, dans la condition où leur gate G1 et G2 n'est pas polarisé par rapport à leur source respec tivement, sont symboliséss par les diodes, d'ailleurs imparfai tes, 1151 et 1152, le MOS M1 bloquant le passage du courant dans le sens allant du conducteur 112 vers le conducteur 111, tandis que le MOS M2 bloque le passage du courant dans le sens allant du conducteur 111 vers le conducteur 112. A chacun des MOS M1 et M2 est associé un organe de commande, respectivement 1161, 1162, dont chacun comprend un générateur de tension et un interrupteur. Lorsque les générateurs sont opératoires, une liaison électrique est établie entre les conducteurs 111 et 112, chacun des MOS étant dans sa condition de conductibilité de courant et pouvant être symbolisé par une résistance ohmique de faible valeur, de l'ordre de 2 à 5 ohms.Lorsque, au contraire, les générateurs de tension sont inopératoires, par ouverture de leur interrupteur associé, l'un des MOS,Ml,s'oppose au passage du courant dans le sens allant du conducteur 112 vers le conducteur 111 et l'autre MOS,M2,s'oppose au passage du courant dans le sens allant du conducteur 111 vers le conducteur 112, de sorte qu'au total aucune transmission de courant n'a lieu entre les conducteurs 111 et 112. Le dispositif constitue donc un interrupteur de courant, quel que soit le signe de la différence de potentiel existant entre le conducteur 111 et le conducteur 112 et qui est opératoire dans une plage relativement très large de différences de potentiels. On se réfère maintenant à la figure 8. Dans cette forme de réalisation, les MOS M1 et M2, montés tete-beche, comme dans la forme de réalisation selon la figure 7, sont associés, par la technique des circuits intégrés, respectivement avec une capacité 911 et une capacité 912 dans des circuits, respectivement 901 et 902, reliant leur source, respectivement S1 et S2, à leur porte, respectivement G1 et G2, le drain D étant commun aux deux MOS. A chacune des capacités 911 et 912 est associée une série de diodes 811 et 812, les circuits 981 et 982 des séries de diodes comprenant une diode de blocage, respectivement 991 et 992 Les diodes 81 et 99 sont obtenues par la technique des circuits intégrés. Les diodes 811 et 812 sont en regard de sources de lumière-, avantageusement des diodes électroluminescentes,comme des diodes à l'arséniure de gallium, ou des fibres optiques, respectivement 82 et 822, montées dans un circuit d'alimentation 84 comprenant un interrupteur schématisé en 85. Les diodes de blocage 991 et 992 sont en regard de sources de lumière, constituées avantageusement par des diodes électroluminescentes ou des fibres optiques, respectivement 831 et 832, montées dans un circuit d'alimentation 86 comprenant un interrupteur 87. Lorsque l'interrupteur 85 permet d'envoyer des impulsinns lumineuses sur les diodes 811, 812, l'interrupteur 87 restant ouvert, le dispositif assure le passage du courant entre une de ses extrémités 88 reliée à la source S1 du MOS M1 et l'autre extrémité 89 reliée à la source S2 du MOS M2. Lorsqu'au contraire des impulsions lumineuses sont envoyées sur les diodes 991 et 992 par l'intermédiaire de l'interrupteur 87, l'interrupteur 85 restant ouvert, aucun courant ne passe entre l'extrémité 88 et l'extrémité 89. Le dispositif est ainsi une réalisation monolithique d'un relais. On se réfère maintenant à la figure 9. Une ligne d'abonné au téléphone L comprend deux conducteurs -11 et 12 entre lesquels est monté le posté téléphonique 13, schématisé par une inductance 14 et une résistance 15 avec un interrupteur 16 en dérivation duquel est monté un circuit 17 comprenant un électro-aimant 18 pour la sonnerie et un condensateur 19. Les résistances ohmiques des conducteurs 11 et 12 ontété schématisées en 21 et 22. On a montré une seconde ligne d'abonné L' comprenant deux conducteurs 23 et 24 et un combiné téléphonique 25. Au central téléphonique, les lignes L, L' sont reliées sélectivement à des paires de conducteurs 25,et 26, 27 et 28, etc., entrant dans un autocommutateur. Entre chaque ligne d'abonné et chaque paire entrant dans l'autocommutateur est monté un ispositif 31 selon l'invention, comme il a été montré pour la ligne d'abonné,constituée par les conducteurs 11 et 12, et la ligne d'autocommutateur constituée par les conducteurs 25 et 26. Entre le conducteur 11 et le conducteur 25 est interposé un circuit 32 qui comprend un premier MOS 33 à source 34, drain 35 et gate 36, ce MOS étant avantageusement un DMOS ou bien un VMOS. Le circuit 32 comprend un second MOS 37, en série avec le MOS 33, monté t8te-bêche par rapport à lui, et qui comprend une source 38, une porte39 et un drain 41 commun avec le drain 35 du MOS 33. Le circuit 32 se raccorde au conducteur 11 au point 42 et il se raccorde au conducteur 25 au point 43. Dans un circuit 44, en dérivation entre la source 34 et le gate 36 du MOS 33,est un condensateur 45 constitué en tirant parti de la capacité parasite que présente le silicium à partir duquel est constitué le MOS 33, et en dérivation par rapport au circuit 44 est un circuit 46 qui comprend, montées en série, une multi plicité de diodes photovoltaiques 47, ainsi qu'une diode photorésistive 48. Les diodes photovoltaiques sont constituées à partir du silicium à partir duquel est constitué le MOS 33 et il en est de mme de la diode 48.Les diodes photovoltaiques 47 sont en regard d'une source de lumière constituée par une diode électroluminescente, par exemple à l'arséniure de gallium, 49, montée dans un circuit 51 comprenant une source d'alimentation électrique 52 et un dispositif 53 d'interruption périodique de courant. Dans une variante, la diode 49 est remplacée par l'extrémité d'une fibre optique. Les circuits et éléments associés au MOS 37 sont de même constitution et même disposition que ceux associés au MOS 33, certains éléments correspondant au MOS 37 portant les mêmes références que les éléments homologues à ceux correspondant au MOS 33 mais ayant été frappés de l'indice 2 tandis que ceux correspondant au MOS 33 ont été frappés de l'indice 1. La disposition tete-beche des MOS 33 et 37 a été symbolisée par les diodes en 551 et 552 représentatives des MOS dans leur condition de "blocage". On s'est abstenu de représenter les résistances ohmiques de valeur faible (2 à 5 ohms) qui les symbolisent lorsqu'ils sont dans leur condition de non-blocage. La liaison entre le conducteur 12 et le conducteur 26 est contrdlée par les mêmes moyens que la liaison entre le conducteur 11 et le conducteur 25, qu'on vient de décrire, et cartains des éléments homologues sont désignés par les mêmes signes de référence, mais frappés de l'indice, respectivement 3 pour le MOS 56, et 4 pour le MOS 57. Les diodes photovoltalques 473 et 474 peuvent être éclairées par les mêmes diodes électroluminescentes 49 que les diodes pho tovoltarques 471 et 472 ou bien par des diodes différentes. En regard des diodes de blocage 48 sont des diodes électroluminescentes 611 2 et 613 dont le circuit d'alimentation 62 peut être ouvert, comme schématisé en 63. Le fonctionnement est le suivant Pour la liaison de la ligne d'abonné L, comprenant les conducteurs 11, 12, à la paire pénétrant dans l'autocommutateur et qui comprend les conducteurs 25, 26, l'interrupteur 64, interposé sur le circuit 51 des diodes électroluminescentes, est pé riodiquement fermé et l'interrupteur 63, interposé sur le circuit 62 des diodes électroluminescentes 61, est ouvert. Les diodes photovoltaSques 47 sont périodiquement éclairées et ainsi maintiennent en charge les capacités 45, la décharge dans le circuit 46 étant empêchée par les diodes de blocage 48, non éclairées. Chacun des MOS 33, 37, 57, 56 est dans sa condition passante et, ainsi, le conducteur 11 est relié électriquement par le circuit 32 comprenant lesdits MOS au conducteur 25 et le conducteur 12 est relié au conducteur 26 par les MOS 56 et 57. Ces liaisons sont assurées pour les différentes valeurs des tensions qui correspondent aux diverses phases de fonctionnement de l'installation, aussi bien pendant la commande de la sonnerie à l'aide d'une tension alternative, la commande d'un compteur, continu que pendant la conversation téléphonique à l'aide d'un courante modulé par la parole.Ce résultat est dd au montage tete-b8che des deux transistors d'un circuit avec un drain commun etsune polarisation de la jonction sourceporte à partir du potentiel de la source, lequel, avec les valeurs de tensions habituelles dans les installations téléphoniques, peut, pour la source reliée à l'un des conducteurs, aller jusqu'à -108 volts, et pour la source reliée à l'autre conducteur, aller jusqu'à +60 volts. Le bon fonctionnement reste assuré pour un éclairement des diodes 49 de quelques microsecondes par période d'une seconde. La consommation du dispositif est donc pratiquement nulle. Lorsqu'on désire interrompre la conduction électrique entre, respectivement, le conducteur 11 et le conducteur 25 d'une part, le conducteur 12 et le conducteur 26 d'autre part, il suffit d'interrompre l'alimentation des diodes 49 par ouverture de l'interrupteur 64 et simultanément d'éclairer périodiquement les diodes de blocage 48 par fermeture périodique de l'interrupteur 63. Les MOS 32, 37, 56, 57 prennent leur condition en laquelle ils sont assimilables à des diodes, comme symbolisé par 551 552 553, 554 Dans le circuit 31, le MOS 33 assure le blocage lorsque le -potentiel du conducteur 25 est plus élevé que celui du conducteur 11, et le MOS 37 assure le blocage lorsque le potentiel du conducteur 11 est plus élevé que le potentiel du conducteur 25. Dans le circuit 31' interposé entre le conducteur 12 et le conducteur 26 et qui comprend les MOS 56 et 57, c'est le MOS 57 qui assure le blocage lorsque le potentiel du conducteur 26 est supérieur à celui du conducteur 12, et le MOS 56 qui assure le blocage lorsque le potentiel du conducteur 12 est supérieur à celui du conducteur 26. L'isolement de la paire 25, 26 entrant dans l'autocommutateur par rapport à la paire 11, 12 constitutive de la ligne L est aussi complet que si on avait enlevé la jarretière (torsade de deux fils) habituelle au répartiteur prévuentre la paire de l'autocommutateur et la ligne d'abonné. S'il est désiré par la suite rétablir la liaison entre la ligne L et3a paire 25, 26, il suffit d'ouvrir l'interrupteur 63 et de fermer l'interrupteur 64 : les MOS 33, 37, 56 et 57 redeviennent passants. Au central téléphonique, on prévoit, pour une ligne d'abonné, un dispositif selon l'invention à chaque croisement de ladite ligne avec une paire entrant dans l'autocommutateur : l'activation d'un dispositif assure la correspondance entre la ligne et une entrée déterminée de l'autocommutateur parmi la multiplicité des entrées, et cela à l'exclusion des autres entrées, les lignes étant isolées les unes par rapport aux autres avec la même efficacité tue dans les installations actuelles à "jarretières". REVENDICATIONS r 1. Dispositif de commutation électrique entre un premier conducteur et un second conducteur, comprenant un transistor FET, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit monté en dérivation par rapport à la porte et à la source et comprenant un générateur de tension propre à maintenir le transistor, notamment du type MOS, et avantageusement DMOS ou VMOS, dans sa condition passante, malgré les différentes valeurs de la différence de potentiel qui peut exister entre le premier conducteur et le second conducteur. 2. Dispositif de commutation électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit en dérivation est'relise directement à un conducteur. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de dérivation est relié au conducteur en liaison électrique avec la source du transistor. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de tension interposé entre la source et la porte comprend au moins une cellule photovoltaique. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la cellule est une diode formée sur le semi-conducteur à partir duquel est constitué le transistor. 6. Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que le circuit en dérivation comprend un cnndensateur. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que, pour former le condensateur, on utilise la capacité présentée par le semi-conducteur entre sa source et sa porte. 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'entre les "armatures" du condensateur est monté en dérivation un circuit à diodes photovoltafques. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le circuit des diodes photovoltalques comprend en outre une diode de blocage. 10. Dispositif selon la- revendication 8, caractérisé en ce que les diodes pour la charge du condensateur sont obtenues par la technique des circuits intégrés. 11. Dispositif selon la revrndication 9, caractérisé en ce que la diode de blocage est obtenue par la technique des circuits intégrés. 12. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend une source de lumière propre à éclairer les diodes photovoltaiques. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'alimentation de la source de lumière est impulsionnelle. 14. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la source de lumière est constituée par une diode électroluminescente. 15. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la source de lumière est constituée par une fibre optique. 16. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que la durée d'éclairement est de l'ordre de quelques millionièmes de la période. 17. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation de la diode électroluminescente comporte un moyen d'interruption. 18. Dispositif de commutation entre deux conducteurs, caractérisé en ce qu'entre les conducteurs sont interposés deux dispositifs à MOS slon l'une des revendications 1 à 17, et montés tête-bêche. 19. Dispositif destiné à contrdler la liaison entre une paire de conducteurs ou ligne d'abonné téléphonique et une paire de conducteurs pénétrant dans un autocommutateur d'un central téléphonique, caractérisé en ce qu'il comprend, entre l'un et l'autre conducteurs de ligne d'abonné et l'un et l'autre conducteurs de la paire de l'autocommutateur, respectivement un dispositif selon la revendication 18. 20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'une même source de lumière est disposée pour éclairer des diodes affectées à divers MOS. 21. Central téléphonique comprenant, entre une paire d'une ligne d'autocommutateur et une paire de ligne d'abonné, un dispositif selon la revendication 20. 22. Relais, caractérisé en ce qu'il comprend deux MOS montés tEte-bêche équipés comme selon la revendication 18. 23. Circuit intégré à MOS, caractérisé en ce qu'il comprend dans un circuit interposé entre la source et la porte du MOS, des diodcs montées en série, et une diode de sens de passage inverse de celui des premières diodes.