Brevet FR2609585A1 — publié le 19880715

-- 1 -- CIRCUIT REALISANT LA FONCTION OU-EXCLUSIF L'invention concerne un circuit réalisant la fonction OU-EXCLUSIF entre un signal A et un signal B, réa- lisé au moyen de transistors à effet de champ du type MESFET normalement pincés en l'absence de signal grille-source et de charges, et intégré sur un substrat semiconducteur du groupe III-V, un signal A complémentaire du signal A étant en outre appliqué à ce circuit. L'invention concerne également un circuit réali- sant la fonction OU-EXCLUSIF entre un signal A et un signal B, et générant les signaux nécessaires à son fonctionnement. L'invention trouve son application dans la minia- turisation des circuits intégrés comprenant des portes logi- ques du type OU-EXCLUSIF réalisés sur substrat semiconducteur du groupe III-V, notamment en arséniure de gallium. Une porte OU-EXCLUSIF réalisée à l'aide de tran- sistors à effet de champ du type MESFET normalement pincés en l'absence de signal grille-source, sur un substrat en arsé- niure de gallium GaAs est connu de la publication "11986 IEEE galliumarsenide integrated Circuit Symposium, Grenelefe, Florida, October 28-30, 1986" intitulée "A 0.1-4.5 GHz, 20mW GaAs Prescaler operating at 125"C" par Didier MEIGNANT, Etienne DELHAYE, Marc ROCCHI. Le circuit décrit dans cette publication comprend pour réaliser la porte OU-EXCLUSIF six transistors à effet de champ et trois charges. Ce nombre se monte à huit transistors et cinq charges pour réaliser en même temps le circuit complet per- mettant de générer les signaux d'entrée de cette porte, c'est- à-dire le signal complémentaire de l'un des signaux d'entrée, ce qui est fait au moyen de deux étages inverseurs supplémen- taires. -2 Mais la demande est à ce jour pour des circuits toujours plus miniaturisés. C'est pourquoi la présente inven- tion propose un circuit réalisant la fonction OU-EXCLUSIF réa- lisé dans la même technologie et formé d'un seul transistor et d'une seule charge, ainsi qu'un circuit complet permettant de générer les signaux d'entrée, qui en incluant un circuit de même structure que ce circuit OU-EXCLUSIF, ne comprend pas plus de trois transistors à effet de champ et trois charges. Ceci représente un gain de place énorme et une réduction im- portante de la puissance consommée par rapport à la porte OU- EXCLUSIF connue de l'état de la technique et utilisable dans les technologies de semiconducteurs du groupe III-V. Un autre avantage est que cette nouvelle porte n'augmente pas les temps de transition entre l'entrée et la sortie du circuit par rap- port à l'état de la technique. I1 faut savoir que les transistors à effet de champ du type MESFET normalement pincés en l'absence de si- gnal grille-source, réalisés sur substrat semiconducteur du groupe III-V présentent une grille passante. Du fait de cette grille non isolante, on ne peut utiliser les circuits connus en technologie silicium pour simplifier les circuits réalisant la fonction OU-EXCLUSIF. C'est pourquoi les circuits réalisés à l'aide de MESFET sont complexes et nécessitent un nombre assez grand de transistors et de charges comme il est dit plus haut. La présente invention permet de résoudre ce pro- blème au moyen d'un circuit tel que décrit dans le préambule, caractérisé en ce qu'il est formé d'un transistor à effet de champ T'1 dont la grille est commandée par le signal B, sur le drain duquel est appliqué le signal A par l'intermédiaire d'une charge R'1 et dont la source est reliée au signal A complémentaire du signal A, le signal représentant la fonction OU-EXCLUSIF (A E B) étant disponible au point commun entre le drain du transistor et la charge et constituant la sortie 51 de ce circuit. -3- Selon une variante de l'invention, il est proposé un circuit réalisant la fonction OU-EXCLUSIF (OU-EXCLUSIF com- plémentaire = A EB), entre un signal A et un signal B, réa- lisé au moyen de transistors à effet de champ du type MESFET normalement pincés en l'absence de signal grille-source et de charges, intégré sur un substrat semiconducteur du groupe III-V, un signal A complémentaire du signal A étant en outre appliqué à ce circuit, caractérisé en ce qu'il est formé d'un transistor à effet de champ T1 dont la grille est commandée par le signal B, sur le drain duquel est appliqué le signal A complémentaire de A par l'intermédiaire d'une charge R1 et dont la source est reliée au signal A, le signal représentant la fonction OU-EXCLUSIF (A I B) étant disponible au point commun entre le drain du transistor et la charge, point commun constituant la sortie 51, du circuit. Dans une mise en oeuvre de l'invention, un cir- cuit réalisant la fonction OU-EXCLUSIF entre un signal A et un signal B, générant les signaux nécessaires à son fonctionne- ment est caractérisé en ce qu'il comprend un circuit réalisant la fonction OU-EXCLUSIF (A ( B) du type précédent, en ce que le signal A complémentaire du signal A nécessaire à ce circuit est généré par un premier étage inverseur et en ce que le si- gnal de sortie du circuit OU-EXCLUSIF est porté sur l'entrée d'un second étage inverseur, la sortie générale du circuit se faisant à la sortie du second étage inverseur et représentant la fonction OU-EXCLUSIF (A( B). Dans une réalisation particulière, ce dernier circuit est caractérisé en ce que chaque étage inverseur est formé d'un transistor à effet de champ du type MESFET norma- lement pincé en l'absence de signal grille-source dont la grille est commandée par le signal d'entrée, A pour le premier et OU-EXCLUSIF pour le second, dont la source est à la masse et dont le drain est relié à l'alimentation continue à 260958J -4- travers une charge, le signal de sortie, A pour le premier et OUEXCLUSIF pour le second, étant disponible au point commun entre le drain et la charge. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description suivante, illustrée par les figures annexées, dont: - la figure la qui représente la porte OU-EXCLUSIF selon l'invention et la figure lb qui représente la porte OU-EXCLUSIF; - la figure 2 qui représente le circuit complet permettant de générer les signaux nécessaires au fonctionne- ment de la porte et incluant une porte OU-EXCLUSIF; - la figure 3 qui représente le séquencement des signaux. Telle que représentée sur la figure la, la porte OU-EXCLUSIF P'1 selon l'invention est formée d'un transistor à effet de champ T'1 du type MESFET, normalement pincé en l'ab- sence de signal grille-source. La grille de ce transistor T'1 est commandée par un signal, par exemple B. La source de ce transistor T'1 est reliée à une borne 110 sur laquelle est appliqué un second signal par exemple A complémentaire d'un signal A. Le drain 111 du transistor T'l est relié à une borne 112 sur laquelle est appliqué le signal A par l'intermédiaire d'une charge R'l. La sortie 51 de la porte est disponible sur la borne 111 et est telle qu'elle transporte le signal représentant la fonction OU-EXCLUSIF: S1 = A) B En effet une porte OU-EXCLUSIF est telle qu'elle peut fournir les états représentés par le tableau I: - 5 - TABLEAU I A B 51 = A B 0 0 0 0 1 1 1 0 1 I 1 0 Ce qui est bien le cas pour la porte représentée sur la figure la. Tel que représenté sur la figure lb, le circuit P1 réalise alors la fonction OU-EXCLUSIF (OU-EXCLUSIF complé- mentaire = A( B). Le circuit P1 est formé d'une structure identique au circuit P'1 précédemment décrit. Il comporte en effet un transistor à effet de champ T1, du type MESFET norma- lement pincé en l'absence de signal grille-source. La grille du transistor T1 est commandée par le signal B. La source du transistor T1 est reliée à une borne 10 sur laquelle est ap- pliqué le signal A. Le drain 11 du transistor T1 est relié à la borne 12 sur laquelle est appliqué le signal A complémen- taire du signal A par l'intermédiaire d'une chai, R1. La sor- tie S1 de ce circuit est disponible sur la borne 11 et est telle qu'elle transporte le signal OU-EXCLUSIF. 51 = A (B Le circuit P1 est donc similaire au circuit P'1, mais les signaux A et son complémentaire A sont inversés. Dans ces conditions la sortie est aussi inversée. Dans le but de générer le signal A complémentaire du -6- signal A nécessaire à produire la fonction voulue, et dans le but de réaliser un circuit OU-EXCLUSIF capable d'avoir une sortante d'au moins 4, la porte de la figure lb est incorporée dans le circuit représenté figure 2. Tel que représenté sur la figure 2, un tel cir- cuit OU-EXCLUSIF comprend un premier étage inverseur formé d'un transistor à effet de champ TO du type MESFET normalement pincé en l'absence de signal grille-source. Ce transistor in- verseur TO montre une grille commandée par le signal A, une source reliée à la masse, un drain relié à une alimentation continue VDD par l'intermédiaire d'une.charge Ro. Le signal A complémentaire de A est disponible au point commun entre le drain du transistor inverseur TO et sa charge RO, et est porté sur la borne 12 de la porte OU-EXCLUSIF P1. D'autre part, la sortie S1 de la porte P1 est portée sur la grille d'un transistor T2 inverseur, dont la source est reliée à la masse et dont le drain est porté à l'alimentation continue VDD par l'intermédiaire d'une charge R2. La sortie de ce second étage inverseur fournit la sortie générale S du circuit sur laquelle est disponible le signal OU-EXCLUSIF A)B. Selon l'invention, le circuit de la figure 2 est donc aussi rapide que le circuit connu de l'état de la tech- nique, mais il est formé d'un nombre bien inférieur d'élé- ments, puisqu'il ne comprend que trois transistors et trois charges au lieu de huit transistors et cinq charges. Les charges peuvent être aussi bien du type ré- sistif que formées de transistors à effet de champ. La figure 3 montre un exemple de séquencement de signaux, la courbe en petits traits discontinus figurant le signal A, la courbe en grands traits discontinus le signal B, et la courbe en trait continu le signal de sortie S. On constate que la sortie est bien à l'état bas lorsque à la fois A et B sont à l'état haut, ou à la fois A et B sont à l'état bas, la sortie étant à l'état haut dans les -7- autres cas. Le tableau II donne les valeurs R des résistances et les largeurs L de grille des transistors dans un exemple de réalisation o lep transistors à effet de champ sont en arsé- niure de gallium avec: - l'alimentation continue VDD = 1,2 volt, - les tensions de seuil des transistors VT = 100 mV, - les longueurs de grille des transistors = 0,7/um, et ob les charges sont de type résistif. TABLEAU IlI Transistors L (/um) Résistance R(kSL) T0 20 R0 2 T1 20 R1 4 T2 30 R2 2 -8- REVENDICATIONS: 1. Circuit réalisant la fonction OU-EXCLUSIF entre un signal A et un signal B, réalisé au moyen de transistors à effet de champ du type MESFET normalement pincés en l'absence de signal grille-source et de charges, et intégré sur un subs- trat semiconducteur du groupe III-V, un signal complémentaire A du signal A étant en outre appliqué à ce circuit, caracté- risé en ce qu'il est formé d'un transistor à effet de champ T'1 dont la grille est commandée par le signal B, sur le drain duquel est appliqué le signal A par l'intermédiaire d'une charge R'1 et dont la source est reliée au signal A complémen- taire du signal A, le signal représentant la fonction OU-EX- CLUSIF (A( B) étant disponible au point commun entre le drain du transistor T'1 et la charge R'1 et constituant la sortie S1 de la porte. 2. Circuit réalisant la fonction OU-EXCLUSIF (OU-EX- CLUSIF complémentaire = A B) entre un signal A et un signal B, réalisé au moyen de transistors à effet de champ du type MESFET normalement pincés en l'absence de signal grille-source et de charges, intégré sur un substrat semiconducteur du grou- pe III-V, un signal A complémentaire du signal A étant en outre appliqué à ce circuit, caractérisé en ce qu'il est formé d'un transistor à effet de champ T1 dont la grille est comman- dée par le signal B, sur le drain duquel est appliqué le si- gnal A complémentaire de A par l'intermédiaire d'une charge R1 et dont la source est reliée au signal A, le signal représen- tant la fonction OU-EXCLUSIF (A )B) étant disponible au point commun entre le drain du transistor et la charge, point commun constituant la sortie S1 du circuit. 3. Circuit réalisant la fonction OU-EXCLUSIF entre un signal A et un signal B, générant les signaux nécessaires à son fonctionnement, caractérisé en ce qu'il comprend un -9- circuit réalisant la fonction OU-EXCLUSIF selon la reven- dication 2, en ce que le signal A complémentaire du signal A est généré par un premier étage inverseur et en ce que le signal de sortie du circuit OU-EXCLUSIF est porté sur l'entrée d'un second étage inverseur, la sortie générale du circuit se faisant à la sortie du second étage inverseur et représentant la fonction OU-EXCLUSIF (A B). 4. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque étage inverseur est formé d'un transistor à ef- fet de champ du type MESFET normalement pincé en l'absence de signal grille-source dont la grille est commandée par le si- gnal d'entrée, A pour le premier et AD B pour le second, dont la source est à la masse et dont le drain est relié à l'ali- mentation continue à travers une charge, le signal de sortie, A pour le premier et A B pour le second étant disponible au point commun entre le drain et la charge. 5. Circuit selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les charges sont du type résistif.