Brevet FR2529726A1 — publié le 19840106

La présente invention concerne les amplificateurs à seuil et elle porte plus particulièrement sur des ampli- ficateurs à seuil convenant à la fabrication sous forme de circuit intégré, par un processus employant la technologie des transistors à effet de champ de type métal-oxyde- semiconducteur complémentaire (CMOS). Les circuits intégrés sont habituellement clas- sés en deux catégories distinctes: ceux qui fonctionnent d'une manière numérique et ceux qui fonctionnent d'une ma- nière analogique Le transistor à effet de champ de type métal-oxyde-semiconducteur complémentaire a été tradi- tionnellement utilisé pour des applications numériques dans lesquelles les signaux d'entrée comme les signaux de sortie sont numériques L'invention traite du problème de la réalisation d'une interface entre des données analo- giques qui peuvent être obtenues au moyen de capteurs ne faisant pas partie du circuit intégré, et des circuits logiques numériques qui font partie du circuit intégré. Dans ce but, il est essentiel de disposer de moyens pour déterminerla façon de traiter des données ana- logiques De tels moyens comprennent l'amplificateur à seuil qui, dans le cas idéal, produit un " 1 " ou un " O " sur la sortie, pendant que le signal d'entrée varie de façon continue en passant par une valeur de seuil. L'amplificateur à seuil considéré utilise, en tant que partie de circuit, un "circuit miroir", qui a son équivalent dans les circuits analogiques, c'est-à-dire le circuit miroir de courant bipolaire Dans le circuit 2529726- miroir de courant bipolaire classique, un transistor connec- t en diode est branché dans un chemin de courant alimenté, et il est connecté aux bornes de la jonction d'entrée d'un transistor bipolaire actif dont on désire stabiliser le point de fonctionnement Un courant de base circule dans le transistor bipolaire et des effets de température tendent à réduire la stabilité du point de fonctionnement, et on uti- lise habituellement d'autres éléments de circuit pour com- penser ces limitations du circuit L'invention utilise le principe du circuit miroir dans une configuration à tran- sistors à effets de champ. Un but de l'invention est donc de procurer un am- plificateur à seuil perfectionné pour la fabrication sous forme de circuit intégré. Un autre but de l'invention est de procurer un amplificateur à seuil perfectionné pour la fabrication sous forme de circuit intégré, dans lequel on puisse choi- sir aisément le seuil. Un but supplémentaire de l'invention est de pro- _ O -curer un amplificateur à seuil perfectionné pour la fabri- cation sous forme de circuit intégré utilisant un proces- sus du type métal-oxyde-semiconducteur complémentaire. On parvient à ces buts de l'invention, ainsi qu'à d'autres, avec un amplificateur à seuil original prévu pour la fabrication sous forme de circuit intégré L'amplifica- teur à seuil comprend des première et seconde bornes pré- vues pour être connectées à une alimentation de polarisa- tion L'amplificateur à seuil comprend un premier circuit série qui est connecté entre les première et seconde bornes d'alimentation Ce circuit comprend un premier dispositif TEC (Transistor à Effet de Champ) connecté en diode dont la sour- ce est connectée à la première borne d'alimentation et dont le drain et la grille sont interconnectés; un second dis- positif TEC connecté en diode dont le drain et la grille sont interconnectés, l'interconnexion étant en couplage con- ducteur avec la connexion grille-drain du premier dispositif, et une résistance de détection de courant connectée entre la source du second dispositif et la seconde borne d'alimen- tation Il existe en outre des moyens destinés à établir un courant désiré dans le premier circuit série. Il existe également un second circuit série qui est connecté entre les première et seconde bornes d'alimen- tation Ce circuit comprend un troisième dispositif TEC dont la source est connectée à la première borne d'alimentation; et un quatrième dispositif TEC dont le drain est connecté au drain du troisième dispositif, et dont la source est connectée à la seconde borne d'alimentation Les premier et troisième dispositifs sont du même type de polarité, et les second et quatrième dispositifs sont du même type de polarité et d'un type complémentaire à celui des premier et troisième dispositifs. Les grilles des premier et troisième dispositifs sont connectées ensemble pour égaliser les tensions grille source des dispositifs, et la grille du quatrième disposi- tif est connectée à la connexion grille-drain du second dis- positif pour égaliser la tension grille-source du quatrième dispositif vis-à-vis de la tension entre la grille du se- cond dispositif et la seconde borne d'alimentation. Il existe une borne d'entrée qui est-destinée à faire circuler un courant à détecter dans la résistance de détection de courant La chute de tension dans la résistan- ce qui est attribuable au courant détecté déplace la ten- sion de la source du second dispositif par rapport à la ten- sion sur la seconde borne d'alimentation La tension grille- source du quatrième dispositif est à son tour affectée dans un sens qui maintient le quatrième dispositif dans un état à faible conduction en l'absence de courant détecté et dans un état à conduction élevée lorsque le courant détecté dépasse une valeur donnée, le troisième dispositif étant capable de conduire en permanence. Il existe des moyens de sortie, connectés à la con- nexion de drain des troisième et quatrième dispositifs, pour fournir un premier niveau de sortie numérique lorsque le courant détecté est inférieur à la valeur donnée, et un se- cond niveau de sortie numérique lorsque le courant détecté est supérieur à la valeur donnée. L'amplificateur à seuil peut être réalisé selon deux configurations complémentaires Dans l'une, les premiè- re et seconde bornes d'alimentation sont respectivement la borne positive et la borne négative de l'alimentation; et les premier et troisième dispositifs TEC sont des disposi- tifs à canal p tandis que les second et quatrième disposi- tifs TEC sont des dispositifs à canal n Dans l'autre con- figuration, les première et seconde bornes d'alimentation sont respectivement la borne négative et la borne positive de l'alimentation; et les premier et troisième dispositifs TEC sont des dispositifs à canal n, tandis que les second et quatrième dispositifs TEC sont des dispositifs à canal p. Dans une forme totalement intégrée, les moyens destinés à établir un courant dans le premier circuit série sont constitués par un cinquième dispositif TEC, qui connec- te de façon conductrice la connexion grille-drain du premier dispositif à la connexion grille-drain du second dispositif. Le cinquième dispositif est choisi de façon à avoir une conductivité faible par rapport aux premier et second dis- positifs. Lorsqu'on recherche un seuil différent de zéro,on donne à la largeur de la région de grille du second dispo- sitif une valeur différente de celle du quatrième disposi- tif, pour régler la chute de tension de diode dans celui-ci vis-à-vis de la chute de tension de diode du premier dispo- sitif, ce qui a pour effet de déplacer la valeur du courant détecté pour laquelle le troisième dispositif commence à conduire. Dans une forme préférée de l'invention, dans la- quelle les première et seconde bornes d'alimentation sont res- pectivement la borne positive et la borne négative de l'ali- mentation, et dans laquelle les premier et troisième disposi- tifs TEC sont des dispositifs à canal p tandis que les se- cond et quatrième dispositifs TEC sont des dispositifs à canal n, les substrats des premier et troisième dispositifs sont connectés à la borne positive et les substrats des se- cond et quatrième dispositifs sont connectés à la borne né- gative. Les moyens de sortie peuvent comprendre un ampli- ficateur séparateur CMOS inverseur, ou bien, lorsqu'on dé- sire des états de sortie plus nettement définis, les moyens de sortie peuvent comprendre un amplificateur séparateur inverseur avec hystérésis. La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui représentent respectivement: Figure 1: un schéma électrique d'un premier mode de réalisation d'un amplificateur à seuil prévu pour la fa- brication sous forme de circuit intégré, avec un processus pour transistors à effet de champ de type métal-oxyde- semiconducteur complémentaire; Figures 2, 3 et 4: des courbes de performances d'une version sous forme de maquette d'un amplificateur à seuil; et Figures 5, 6 et 7; des schémas électriques de modes de réalisation supplémentaires de l'invention; la figure 5 s'appliquant à des signaux à variation lente et utilisant un étage de sortie à hystérésis. On va maintenant considérer la figure 1 qui re- présente un amplificateur à seuil original réalisé sous la forme d'un circuit intégré utilisant un processus à transis- tors à effet de champ de type métal-oxyde-semiconducteur com- plémentaire (CMOS) L'amplificateur à seuil est conçu comme une interface entre des données analogiques et des disposi- tifs qui exigent des signaux d'entrée numériques Dans cette application, l'amplificateur à seuil possède un seuil ayant de préférence une pente raide, de façon que peu de si- gnaux analogiques tombent sur la pente et que presque tous les signaux analogiques tombent au-dessus ou au-dessous de la pente, et produisent ainsi dans le cas habituel un état logique "bas" ou un état logique "haut" (Comme il est cou- rant avec les circuits CMOS, l'amplificateur à seuil pro- duit une inversion entre l'entrée et la sortie) S'il est nécessaire d'exclure des valeurs de sortie intermédiaires, l'amplificateur à seuil peut également comporter une porte à hystérésis au niveau de la sortie L'amplificateur à seuil comprend au moins quatre dispositifs: un dispositif à ca- nal p (TI) et un dispositif à canal N (T 2) dans un premier circuit série et un dispositif à canal p (T 3) et un dispo- sitif à canal N (T 4) dans un second circuit série, ce qui fait qu'il se prête au processus de fabrication "CMOS". Comme on le décrira, les grilles des dispositifs à canal p et les grilles des dispositifs à canal N sont interconnec- tées pour former les équivalents dans le domaine des TEC de circuits miroirs de courant bipolaires. Chaque dispositif à canal p et à canal N est re- présenté par une ligne verticale longue représentant le ca- nal et par deux lignes horizontales courtes près des extré- mités supérieure et inférieure du"canal", représentant les électrodes de source et de drain Une flèche dessinée entre les électrodes est dirigée à l'opposée du canal lorsque le dispositif est un dispositif à canal p (matière de conduc- tivité N dans le canal), et vers le canal lorsque le dispo- sitif est un dispositif à canal N (matière de conductivité p dans le canal) La ligne verticale courte à gauche du canal représente la grille isolée et est l'électrode d'entrée ou de commande du dispositif. Dans un dispositif à canal p, la source et le drain sont de petites diffusions P+ dans un substrat dopé avec le type n, sur lesquelles des électrodes sont appliquées. Du fait qu'on peut inverser la source et le drain en inver- sant la connexion de polarisation, dans un dispositif à ca- nal p on appelle par convention "source" le contact polari- sé au potentiel le plus positif, tandis qu'on appelle "drain" le contact polarisé au potentiel le moins positif La conduc- tion entre la source et le drain résulte de la création d'un canal p dans la matière n, immédiatement au-dessous de la grille isolée La conduction se produit lorsque la grille devient négative par rapport à la source, avec un écart qui dépasse le seuil du dispositif, ce qui permet la conduction par la création de porteurs majoritaires (trous positifs) entre les électrodes de source et de drain Ceci est ce qu'on appelle le fonctionnement en "mode d'enrichissement". Les dispositifs à canal N sont formés dans un caisson P plus grand qui contient deux régions n+ munies d'électrode, définissant respectivement la source et le drain, et mutuellement espacées de façon qu'une grille iso- lée puisse être appliquée sur la région située entre les deux diffusions Comme dans le cas du dispositif à canal p, on peut également inverser les électrodes de source et de drain d'un dispositif à canal n L'électrode de source est définie comme étant celle qui est polarisée au potentiel le plus négatif et le drain est l'électrode qui est pola- risée au potentiel le moins négatif Le dispositif à ca- nal N devient conducteur sous l'effet de l'application d'un potentiel positif à la grille, ce qui crée des char- ges majoritaires (électrons) dans le canal n La conduction a lieu lorsque le potentiel positif qui est appliqué à la grille, mesuré par rapport à la source, dépasse le seuil du dispositif. Dans l'amplificateur à seuil "CMOS" qui est re- présenté sur la figure 1, l'amplificateur est conçu de fa- çon à détecter un courant I appliqué entre la borne d'en- trée Il et la masse, et à produire sur la sortie 01 d'un cir- cuit séparateur de sortie Bl un signal bas si le courant est inférieur à un seuil et un signal haut si le courant est supérieur à un seuil. L'amplificateur à seuil présente la configura- tion de circuit suivante L'amplificateur est alimenté par une alimentation Vdd, de 7,5 volts, et la borne négative de l'alimentation Vdd est ramenée vers une connexion de masse commune L'amplificateur à seuil comprend un premier cir- cuit série, connecté entre la borne d'alimentation positive et la borne commune, qui comprend les dispositifs Tl et T 2 identifiés précédemment, ainsi que certains autres éléments de circuit L'amplificateur à seuil comprend un second circuit série, connecté entre la borne positive et la bor- ne commune, qui comprend les dispositifs T 3 et T 4 identi- fiés précédemment. En poursuivant la description du circuit de l'am- plificateur à seuil, on note que le dispositif à canal p Tl est connecté en diode La source et le substrat de Tl sont connectés à la borne Vdd positive, tandis que le drain et la grille de Tl sont connectés ensemble Il existe un cin- quième dispositif T 5, qui est un dispositif à canal p, dont la source est connectée à la connexion grille-drain de Tl Le dispositif T 5 est un dispositif à canal long, qui fonctionne en résistance série pour normaliser le courant dans le premier circuit série La grille de T 5 est connec- tée à la masse et son drain est connecté au drain du dispo- sitif T 2 Le transistor T 2 est un dispositif à canal N con- necté en diode, dont la grille et le drain sont interconnec- tés, dont le substrat est connecté à la masse et dont la source est connectée à une borne d'une résistance externe Ri, par l'intermédiaire de la borne Il. Le circuit amplificateur à seuil est complété par les éléments situés dans le second circuit série, par les interconnexions de grille entre les dispositifs des premier et second circuits série, et par le séparateur de sortie Bi. La source et le substrat du dispositif à canal p T 3 sont con- nectés à la borne positive Vdd, tandis que le drain de T 3 est connecté au drain du dispositif à canal N T 4 La source et le substrat de T 4 sont connectés à la masse La grille du dispositif T 3 est connectée à la connexion grille-drain du dispositif Ti, connecté en diode, selon une première con- nexion de circuit miroir de courant La grille du disposi- tif T 4 est connectée à la connexion grille-drain du dispo- sitif T 2, connecté en diode, selon une seconde connexion de circuit miroir de courant Le signal de sortie de l'am- plificateur à seuil est prélevé sur les drains des disposi- tifs T 3 et T 4, et il est transmis à la sortie 01 par l'in- termédiaire d'un séparateur inverseur Bi, qui est de fa- çon caractéristique un étage CMOS. L'amplificateur à seuil décrit jusqu'ici possè- de la caractéristique de transfert (tension d'entrée-ten- sion de sortie) représentée sur la figure 2, dans l'hypo- thèse de la configuration géométrique suivante Les dispo- sitifs Tl, T 3 et T 4 ont des aires égales à l'unité et des rapports largeur/longueur identiques ( 10/10), tandis que le dispositif T 2 a une aire égale à quatre unités et un rap- port largeur/longueur identique ( 10/10). On définit la caractéristique de transfert comme étant la tension qui apparaît àlasortie du séparateur en fonction de la tension d'entrée Ve' La tension d'entrée est définie à son tour comme étant la chute de tension qui appa- raît aux bornes de Ri, sous l'effet du courant externe in- troduit en Il De façon caractéristique, le courant dans RI qui est attribuable au premier circuit série est de quel- ques dizaines de microampères (par exemple 30) et celui attribuable au courant externe est de l'ordre de plusieurs dizaines de milliampères Dans ces circonstances, la chute dans Ri est essentiellement attribuable au courant externe seul et, du fait que Rl est une résistance fixe de 1 ohm, on peut considérer que la caractéristique de sortie représente également la tension de sortie en fonction du courant d'en- trée Si on suppose que l'alimentation Vdd sur la figure 2 est de 5 volts, la tension de sortie est légèrement inférieu- re à 5 volts (avec un écart inférieur à 0,1 V), pour une ten- sion (ou un courant) d'entrée égal à zéro Lorsque la ten- sion d'entrée augmente jusqu'à 0,09 volt, la tension de sor- tie atteint un premier coude de la caractéristique de trans- fert, concave vers le bas A 0,13 volt, apparait l'autre coude, concave vers le haut, après quoi la tension de sor- tie est pratiquement égale à zéro volt La région comprise entre 0,09 et 0,13 est celle dans laquelle la caractéristi- que de transfert a la plus grande pente, et le centre de la pente se trouve aux environs de 0,11 volt Dans un amplifi- cateur à seuil idéal, la région de seuil présente des coudes nettement définis et une pente presque verticale. Cependant, dans des cas pratiques, les coudes sont plus progressifs et les pentes peuvent varier de 20 à 200 Dans le cas considéré, la pente est d'environ 125 D'autres con- figurations pourraient aller jusqu'à 10 000. On peut caractériser l'amplificateur à seuil en disant qu'il comporte deux circuits miroir de courant con- nectés de façon similaire (T 3-Tl et T 4-T 2), connectés dans deux circuits série Le premier circuit série com- prend le transistor connecté en diode Tl, connecté à la borne positive de la source Vdd; le transistor à haute impédance T 5; le transistor connecté en diode T 2; et la résistance Rl, connectée à la borne commune Les configu- rations géométriques des dispositifs sont prévues de fa- çon à faire circuler un courant faible dans le premier cir- cuit série Le courant dans le circuit série est fixé par l'impédance de T 5 T 5 a un canal long, pour donner une fai- ble conductance, soit de façon caractéristique une longueur égale à 10 fois celle de Tl et T 2 Au niveau de courant qui est fixé essentiellement par T 5, Tl et T 2 conduisent appro- ximativement le dixième de leur courant nominal Le drain de Tl est de façon caractéristique à 1 à 1,5 volt au-dessous de Vdd et le drain de T 2 est de façon caractéristique à 1 à 1,5 il volt au-dessus du potentiel sur Ri Comme indiqué précédem- ment, le courant dans le circuit série peut être de l'ordre de quelques dizaines de microampères, et la chute de tension dans la résistance externe Ri est donc négligeable (en sup- posant que Ri soit une impédance faible). Le second circuit série comprend le dispositif à canal p T 3, connecté à la borne positive de la source Vdd et le dispositif à canal N T 4, connecté à la borne commune. Les deux dispositifs à canal P T 3, Tl, forment un premier circuit miroir de courant Leurs sources sont connectées ensemble et la grille de T 3 est connectée à la connexion grille-drain de Tl, pour égaliser la tension grille-source du dispositif T 3 avec celle du dispositif Tl Ainsi, en supposant qu'il existe un chemin pour le courant allant du drain de T 3 vers la borne commune, T 3 devient conduc- teur Si on suppose que T 3 est conducteur et que T 3 et Tl ont les mêmes configurations géométriques, T 3 conduit un courant qui est commandé par la tension Vgs de Tl. Les deux dispositifs à canal N T 4, T 2 forment un second circuit miroir de courant La source de T 4 est direc- tement connectée à la borne commune, tandis que la source de T 2 est connectée à la borne commune par l'intermédiaire de la résistance Ri de 1 ohm Si on suppose que le courant * externe est égal à zéro (I= 0) et que le courant interne est- seulement de 30 p A, les deux tensions de source ont essen- tiellement la même valeur Les substrats des deux disposi- tifs T 4 et T 2 sont connectés à la masse, ce qui implique une différence négligeable dans l'effet de substrat (lors- que I = 0) L'interconnexion de la grille de T 4 vers la connexion grilledrain de T 2 établit ainsi l'égalité entre la tension grille-source de T 4 et la tension grille-masse de T 2 (lorsque I= 0, Vgs 4 est approximativement égale à Vgs 2). Du fait que T 2 a une "largeur" supérieure à celle de T 4, et fonctionne avec le courant spécifié pour Tl, la tension Vgs de T 2 (lorsque I= 0) est inférieure à celle qu'exige T 4 pour conduire ce courant "interne", en fonction approximativement inverse de la largeur de la grille La tension grille-masse de T 2 est appliquée à T 4 et ce dernier aura une conductivité inférieure à celle nécessaire pour absorber le courant inter- ne. Le signal de sortie de l'amplificateur à seuil est haut ou bas en fonction de la conductivité de T 4; T 3 demeu- rant en permanence capable de conduire (état validé) La première connexion série entre TI et T 2 dans le premier cir- cuit série sans dérivation impose au courant dans T 2 d'être égal au courant dans Tl La dérivation de sortie vers Bi, connectée dans le second circuit série, n'absorbe aucun courant continu, ce qui impose pratiquement l'égalité entre les courants qui circulent dans T 3 et T 4 Cependant, la tension sur la connexion de drain tend vers une valeur in- termédiaire proportionnelle à la conductivité des disposi- tifs T 3, T 4 connectés en série. En supposant que les configurations géométriques (largeurs et longueurs de grille) de T 3 et T 4 soient équi- valentes, et qu'on se trouve dans une condition instanta- née dans laquelle T 3 et T 4 ont des chutes de tension de sortie égales (Vdd/2), l'action des deux miroirs de cou- rant tend à faire conduire T 3 plus fortement que T 4, dont la tension Vgs est inférieure Il apparaît une condition stable, avec les paramètres de dispositifs considérés, et en supposant toujours I-0, avec T 4 pratiquement bloqué, T 3 notablement conducteur et l'interconnexion de drains de sortie à l'état haut En pratique, T 3 est toujours validé et l'interconnexion de drains demeure à l'état haut lorsque T 4 a une faible conductivité, et ne tombe à l'état bas que lorsque la conductivité de T 4 dépasse celle de T 3. L'amplificateur à seuil est une structure totale- ment symétrique, avec l'entrée court-circuitée à la masse, et avec des configurations géométriques égales Dans ce cas, on s'attendrait à ce que le signal de sortie soit situé à mi- chemin entre Vdd et la masse En pratique, le signal de sor- tie est proche de Vdd dans cette condition d'égalité, à cau- se de l'absence de symétrie entre les effets du second ordre des dispositifs N et des dispositifs p Le seuil réel pour des configurations géométriques égales est approximative- ment de 10 m V. Le signal de sortie de l'amplificateur résulte fondamentalement de la soustraction de deux courants éle- vés dans des sources de courant (impédance de sortie éle- vée), le signal d'entrée constituant les moyens de déséqui- librage En pratique, tous les dispositifs sont conducteurs au repos, bien qu'il soit possible d'appliquer un signal d'entrée suffisamment grand pour obtenir un blocage total de T 4 ou de Tl, T 2, T 3 Le signal d'entrée est normalement maintenu à -0,5 à + 1 volt. Pour faire en sorte que le niveau de sortie soit proche de Vdd pour un signal d'entrée égal à zéro, on don- ne à T 2 une configuration géométrique plus grande que celle de T 4 Ceci réduit le courant dans T 4. Avec T 3 davantage conducteur, T 4 moins conducteur, à cause de l'inversion dans le séparateur, le signal de sor- tie du séparateur en " 01 " est à un potentiel bas, proche de zéro Le signal de sortie de l'amplificateur à seuil commu- te lorsque T 4 devient plus conducteur que T 3 Lorsque le courant I augmente dans Rl, la source de T 2 s'élève par rapport à la masse et la tension grille-drain s'élève de façon similaire, sans modification notable du courant dans le premier circuit série Lorsque I a augmenté au- delà d'une certaine valeur, le potentiel grille-masse de T 2, auquel la tension Vgs de T 4 est rendue égale, dépasse la tension Vgs nécessaire pour commencer à rendre T 4 plus for- tement conducteur Ainsi, T 4 devient plus fortement conduc- teur que T 3 Lorsque ceci se produit, le seuil est dépassé. La plus grande conductivité de T 4 fait passer l'intercon- nexion de drains d'un potentiel proche de Vdd à un potentiel proche de celui de la masse, et le signal de sortie du sépa- rateur inverseur, en " 01 " est déplacé vers le potentiel Vdd positif. La raideur du seuil, en supposant que les dispo- sitifs T 3 et T 4 aient la même configuration géométrique et le même gain en tension, approche celle de T 4 Comme le mon- tre la figure 2, la position du seuil est proportionnelle au potentiel de Vdd et elle est affectée par la valeur de la résistance série de T 5 et par le rapport des largeurs 1-0 entre T 2 et T 4 La figure 3 montre qu'on peut abaisser la tension de seuil en réduisant de 4 aà 1 le rapport des ai- res, et en augmentant la résistance série La résistance la plus faible pour laquelle le graphique est tracé est de k,et la plus élevée est de 300 k 1 t Bien que la ten- sion de seuil ne soit pas fortement affectée par la varia- tion de la résistance série dans le cas d'un rapport d'aires égal à l'unité, les rapports d'aires plus élevées manifes- tent une réduction marquée du seuil lorsque la résistance augmente. La figure 4 représente graphiquement l'effet sur le seuil du réglage des rapports de largeur de grille entre T 4 et T?, en maintenant la résistance série constante et en supposant que les configurations géométriques de Tl, T 2 et T 3 soient semblables. La pente dans la région de seuil et la valeur du seuil sont des variables qui dépendent de la configuration géométrique des quatres dispositifs Avec des dispositifs Tl, T 3, T 4 semblables, le gain est fonction de ?, en dé- signant par > une mesure de "l'effet de raccourcissement de canal" Le paramètre ' dépend lui-même de la-longueur du canal Lorsque le dispositif devient plus long, le para- mètre A diminue et le gain augmente Des simulations sur ordinateur indiquent qu'on peut obtenir une pente de 50 (à 240 m V) avec des dispositifs Tl, T 3 et T 4 ayant des rapports largeur/longueur de 10/10, et avec un rapport largeur/longueur de 30/10 pour T 2 (T 5 a un rapport 10/30) On peut obtenir une pente de 20 (à 125 m V) avec des dispositifs Tl, T 3, T 4 ayant des rapports largeur/longueur de 20/5 et avec un rap- port largeur/longueur de 100/5 pour T 2 (le rapport pour T 5 est de 5/50). L'action de seuil décrite peut être mise en oeuvre en échangeant les rôles des dispositifs à canal p et des dispositifs à canal n, et en détectant le courant dans une résistance connectée entre la source d'un dispositif à canal p et la ligne Vdd. On peut de plus changer les rapports de configu- ration géométrique qui ont été proposés Par exemple, dans le mode de réalisation de la figure 1 dans lequel les dis- positifs Tl, T 3 et T 4 ont la même configuration géométri- que, T 2 peut être un dispositif ayant une aire supérieure à celle des autres dispositifs, auquel cas le seuil est élevé au-dessus du potentiel de la masse, ou un dispositif ayant une aire plus faible, auquel cas le seuil est réduit au-dessousdu potentiel de la masse. Dans le cas o la caractéristique de sortie cor- respond à une valeur qui varie lentement et o on désire un état de sortie très nettement défini (c'est-à-dire seu- lement une valeur haute ou une valeur basse), le séparateur de sortie peut prendre la forme d'une bascule de Schmitt (B 1 '), qu'on appelle également une porte à hystérésis, comme le montre la figure 6 La porte à hystérésis Bi' a un premier seuil, de valeur supérieure, pour produire un premier signal de sortie lorsque le signal d'entrée de l'am- plificateur à seuil augmente, et un second seuil, de valeur inférieure, pour produire un second signal de sortie, lors- que le signal d'entrée de l'amplificateur à seuil diminue. Dans ce mode de réalisation pratique, la résistance de dé- tection de courant a une valeur d'une fraction d'ohm et le courant détecté varie à 120 Hz. Il n'est pas obligatoire que la source de T 2 soit connectée au substrat Ceci permet à la source d'être à un potentiel différent de celui du substrat Si la source est positive par rapport au substrat, "l'effet de substrat" est renforcé, ce qui change le seuil réel du dispositif Cet effet n'est habituellement pas nuisible au fonctionnement du circuit Cependant, le fait de laisser la source devenir négative peut créer des difficultés Le processus CMOS crée automatiquement un transistor bipolaire entre Vdd et la masse (substrat) Cette action nuisible de transistor pa- rasite entre en jeu lorsque les signaux d'entrée de grille sont amenés à environ 0,7 volt au-dessous de la masse. Ceci limite donc la dynamique du signal d'entrée négatif de l'amplificateur à seuil. La résistance série dont T 5 est un exemple peut être une résistance ayant une valeur comprise dans la pla- ge suggérée sur la figure 4, ou bien pour la fabrication sous forme de circuit intégré, il peut s'agir d'un TEC à configuration géométrique de grande taille (ou à canal long), comme représenté Dans un cas comme dans l'autre, la configuration géométrique des dispositifs Tl et T 2 doit être appropriée pour permettre-la conduction pendant le fonctionnement du circuit. Lorsque l'amplificateur à seuil décrit ici est fabriqué dans un circuit intégré, la fonction de l'amplifi- cateur nécessite un seul plot supplémentaire au niveau de la borne d'entrée Tl, et aucun autre, si le signal de sortie est utilisé à l'intérieur de la puce. Dans le mode de réalisation de la figure 5, le TEC à canal p T 5 est représenté avec la grille connectée au drain, pour établir une connexion en diode Cette connexion peut également être appliquée à T 5 dans le mode de réalisa- tion de la figure 1 Cette connexion tend à rendre le seuil du détecteur moins dépendant des variations du processus de fabrication qui affectent les tensions de seuil des disposi- tifs. Les figures 6 et 7 sont des modes de réalisation dans lesquels Tll et T 13 sont des dispositifs à canal long de faible conductivité, destinés à fixer directement les courants dans les premier et second circuits série Le rap- port de leursconductivités peut être fixé par les configu- rations géométriques de leurs canaux Ils peuvent être connectés de grille à grille pour égaliser la tension grille-source, ou bien ils peuvent Cêtre connectés en diodes. La taille des dispositifs est de façon caractéristique de 10/100 pour Tll et T 13. REVENDICATIONS 1 Amplificateur à seuil caractérisé en ce qu'il comprend (a) une première borne (Vdd) et une seconde borne destinées à être connectées à une alimentation de polarisa- tion; (b) un premier circuit serie connecté entre les pre- mière et seconde bornes d'alimentation et comprenant: (i) un premrier dispositif TEC (T 1) dont la source est connectée à la première borne d'alimentation (Vdd), (ii) un second dispositif TEC (T 2), connecté en diode, dont le drain et la grille sont connectés ensemble, cette interconnexion étant connectée de façon conductrice au drain du premier dispositif (Ti), (ii) une résistance de détection de cou- rant (R 1) connectée entre la source du second dispositif (T 1) et la seconde borne d'alimentation, et (iv) des mo- yens destinés à établir un courant désiré dans le premier circuit série; (c) un second circuit série qui est connec- té entre les première et seconde bornes d'alimentation et qui comprend: (i) un troisième dispositif TEC (T 3) dont la source est connectée à la première borne d'alimentation, et (ii) un quatrième dispositif TEC (T 4) dont le drain est connecté au drain du troisième dispositif (T 3), la source du quatrième dispositif étant connectée à la seconde borne d'alimentation, les premier et troisième dispositifs (T 1, T 3) étant d'un même type de polarité, tandis que les se- cond et quatrième dispositifs (T 2, T 4) sont d'un même type de polarité, complémentaire par rapport à celui des premier et troisième dispositifs; (d) les premier et troi- sième dispositifs ayant un rapport de conductivité fixé dans chaque circuit série; (e) des moyens qui connectent la grille du quatrième dispositif (T 4) à la connexion grille- drain du second dispositif (T 2) pour égaliser la tension grille-source du quatrième dispositif vis-à-vis de la ten- sion entre la grille du second dispositif et la seconde bor- ne d'alimentation; (f) une borne d'entrée pour appliquer un courant destiné à être détecté dans la résistance de détec- tion de courant, la chute de tension attribuable à ce cou- rant déplaçant la tension de la source du second dispositif vis-à-vis de la tension sur la seconde borne d'alimentation, et donc la tension grillesource du quatrième dispositif (T 4), ce quatrième dispositif étant dans un état à faible conduction en l'absence de courant détecté et dans un état à conduction élevée lorsque le courant détecté dépasse une valeur donnée, tandis que le troisième dispositif (T 3) est capable de conduire en permanence; et (g) des moyens de sortie (Bi) connectés à la connexion de drain des troisiè- me et quatrième dispositifs (T 3, T 4),-pour fournir un pre- mier niveau de sortie numérique lorsque le courant détec- té est inférieur à la valeur donnée et un second niveau de sortie numérique lorsque le courant détecté est supérieur à la valeur donnée. 2 Amplificateur à seuil selon la revendication 1, caractérisé en ce que: (a) la première borne d'alimen- tation (Vdd) et la seconde borne d'alimentation sont res- pectivement la borne positive et la borne négative de l'alimentation; et (b) les premier et troisième disposi- tifs TEC (Tl, T 3) sont des dispositifs à canal p et les second et quatrième dispositifs TEC (T 2, T 4) sont des dis- positifs à canal n. 3 Amplificateur à seuil selon la revendication 1, caractérisé en ce que: (a) la première borne d'alimenta- tion et la seconde borne d'alimentation sont-respectivement la borne négative et la borne positive de l'alimentation et (b) les premier et troisième dispositifs TEC (Tl, T 3) sont des dispositifs à canal N et les second et quatrième dispositifs TEC (T 2, T 4) sont des dispositifs à canal p. 4 Amplificateur à seuil selon la revendication 1, caractérisé en ce que: (a) le premier dispositif TEC (Tl) est connecté en diode, avec sa grille et son drain connectés ensemble; (b) les moyens destinés à établir un courant dans le premier circuit série consistent en un cin- quième dispositif TEC (T 5), qui connecte de façon conductrice la connexion grille-drain du premier dispositif (Tl) à la connexion grilledrain du second dispositif (T 2), et ce cinquième dispositif (T 5) a une conductivité faible par rap- port à celle des premier et second dispositifs; et (c) les grilles des premier et troisième dispositifs (Tl, T 3) sont connectées ensemble pour égaliser les tensions grille-sour- ce et pour fixer le rapport de conductivité. Amplificateur à seuil selon la revendication 4, caractérisé en ce que la largeur de la région de grille du second dispositif (T 2) diffère de celle du quatrième dispositif (T 4), pour régler la chute de tension de diode dans celui-ci en relation avec la chute de tension de diode du premier dispositif (Tl), et pour déplacer ainsi la valeur du courant détecté à laquelle le troisième dis- positif (T 3) commence à conduire. 6 Amplificateur à seuil selon la revendication , caractérisé en ce que: (a) les première et seconde bor- nes d'alimentation sont respectivement la borne positive (Vdd) et la borne négative de l'alimentation; (b) les premier et troisième dispositifs TEC (Tl, T 3) sont des dispositifs à canal p, et les second et quatrième disposi- tifs TEC (T 2, T 4) sont des dispositifs à canal N; et (c) les substrats des premier et troisième dispositifs (Tl, T 3) sont connectés à la borne positive (Vdd), et les subs- trats des second et quatrième dispositifs (T 2, T 4) sont connectés à la borne négative. 7 Amplificateur à seuil selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de sortie comprennent un amplificateur séparateur CMOS (Bi). 8 Amplificateur à seuil selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de sortie comprennent un amplificateur séparateur inverseur avec hystérésis (B 1 '). 9 Amplificateur à seuil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le cinquième dispositif TEC (T 5) est connecté en diode, avec sa grille connectée à son drain. -2529726 Amplificateur à seuil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier dispositif TEC (Tl) est un dispositif à faible conductivité qui constitue les moyens destinés à établir un courant désiré dans le premier circuit série, et en ce que le troisième dispositif TEC (T 3) est un dispositif à faible conductivité, les configurations géo- métriques des premier et troisième TEC procurant le rapport de conductivité fixé. 11 Amplificateur à seuil selon la revendication 10, caractérisé en ce que les grilles des premier et troi- sième dispositifs (Tl, T 3) sont connectées ensemble pour égaliser les tensions grille-source et pour fixer le rap- port de conductivité. 12 Amplificateur à seuil selon la revendication 11, caractérisé en ce que les premier et troisième dispo- sitifs (Tl, T 3) sont connectés en diodes.