Brevet FR2599910A1 — publié le 19871211

CIRCUIT AMPLIFICATEUR DIFFERENTIEL REGENERATEUR DE SIGNAUX COMPLEMENTAIRES DE FAIBLE AMPLITUDE L'invention concerne un circuit amplificateur différentiel régénateur de signaux complémentaires analogiques de faible amplitude, incluant: - une paire différentielle de transistors à effet de 05 champ dont les sources communes sont connectées à une première tension d'alimentation à travers une charge; - une paire de charges connectées respectivement au drain de chaque transistor de la paire différentielle et à une seconde alimentation; - un circuit régérateur de niveau comprenant une paire de diodes prélevant Ies signaux respectivement au drain de chaque transistor de la paire différentielle. L'invention trouve son application dans la régénération de signaux complémentaires analogiques de faible am15 plitude et de valeur continue moyenne variable, pour mémoires statiques à moyenne et forte densité d'intégration, en technologie de circuits intégrés sur arséniure de gallium GaAs. Un tel circuit amplificateur différentiel est connu de l'état de la technique par la demande de brevet euro20 péen 0 154 501. Ce document décrit un circuit amplificateur différentiel comprenant une paire différentielle de transistors à effet de champ dont lés sources couplées sont portées à un potentiel continu à travers une source de courant. Les drains des transistors de la paire différentielle sont portés 25 à une seconde tension d'alimentation continue à travers une paire de charges. D'autre part, chaque drain est relié à l'autre à travers une diode. Le but de ce circuit connu est de diminuer l'instabilité du niveau bas, d'augmenter le gain, de maintenir une faible consommation et une réponse rapide. Mais un tel circuit n'est pas apte à fournir des - 2 sorties dont le niveau moyen est fixe, quelles que soient les entrées. De plus les sorties sont très dépendantes des charges capacitives. C'est pourquoi un tel circuit est essentiellement appliqué à un second circuit différentiel. Mais pour l'application envisagée aux mémoires statiques, les sorties d'un tel amplificateur différentiel doivent être rigoureusement complémentaires, calibrées en amplitude et surtout en valeur absolue, ainsi qu'en temps de commutation, et de plus directement compatibles avec la lo10 gique dite DCFL (Direct Coupled FET Logic). Cela signifie que non seulement la différence entre le niveau haut et le niveau bas en sortie doit être constante quels que soient les niveaux d'entrée, mais encore la valeur moyenne de cette différence doit être rigoureusement à un niveau fixe quel que soit-le ni15 veau de la valeur moyenne de la différence des niveaux d'entrée. En effet, dans les mémoires, la valeur moyenne de la différence entre les niveaux hauts et les niveaux bas est souvent flottante. Ces signaux sont alors inutilisables pour un traitement ultérieur, car ils conduisent à des indétermina20 tions. De plus l'obtention d'un gain élevé est nécessaire car les signaux issus des mémoires sont souvent de faible amplitude. Enfin le circuit envisagé doit être insensible aux charges capacitives. Selon l'invention ces problèmes sont résolus au 25 moyen d'un circuit tel que décrit dans le préambule, caractérisé en ce que les signaux transportés par les diodes sont appliqués respectivement sur le transistor bas d'une paire d'étages PUSH-PULL, dont le transistor haut reçoit directement le signal prélevé sur le drain du transistor opposé de la 30 paire différentielle, la source des transistors bas des étages PUSH-PULL étant portée à la masse et le drain du transistor haut de ces étages étant porté au second potentiel d'alimentation, les sorties complémentaires amplifiées étant disponibles aux points milieux des étages PUSH-PULL. Le circuit selon l'invention présente alors entre autres les avantages suivants: 2 5 9 9 9 1 0 - les sorties sont rigoureusement complémentaires, - les niveaux logiques internes ont une très bonne marge de bruit, - l'étage PUSH-PULL permet de supporter de fortes 05 charges capacitives, - les niveaux logiques de sortie sont parfaitement calibrés en amplitude et en valeur absolue. Le niveau moyen de leur différence est fixe et indépendant du niveau moyen de la différence des niveaux logiques d'entrée, - les sorties de l'amplificateur différentiel sont chargées par la capacité d'une diode et d'un transistor à effet de champ en série, c'est-à-dire par une faible capacité, - ce circuit est compatible avec la logique DCFL. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la 15 description suivante illustrée par les figures annexées dont: - la figure1 qui représente le schéma du circuit selon l'invention, - la figure 2 qui représente le séquencement des signaux dans ce circuit. Tel que représenté sur la figure 1, le circuit amplificateur différentiel selon l'invention comprend une paire différentielle de transistors à effet de champ T1 et T2, dont les sources couplées sont portées à une première tension d'alimentation continue VSS à travers une charge R3. La grille du transistor T1 est commandée par une première tension VA et la grille du transistor T2 par une seconde tension VB. Les drains des transistors T1 et T2 de la paire différentielle sont reliés à une seconde tension d'alimenta30 tion continue VDD -par l'intermédiaire de charges, respectivement R1 et R2. Le circuit selon l'invention comprend en outre une paire d'étages PUSHPULL. Le premier de ces étages PUSHPULL est constitué du transistor bas To10 dont la source est 35 reliée à la masse, et du transistor haut Tll dont le drain est - 4 relié à la seconde tension d'alimentation VDD, Le transistor bas T10 de cet étage PUSH-PULL est commandé par le signal prélevé sur le drain du second transistor T2 à travers au moins une diode, D2. Le transistor haut T11 de ce même étage PUSH05 PULL est commandé par le signal prélevé directement sur le drain du premier transistor T1 de la paire différentielle. Le second étage PUSH-PULL est constitué du transistor bas T20 dont la source est reliée à la masse, et du transistor haut T21 dont le drain est relié à la seconde ten10 sion d'alimentation VDD. Le transistor bas T20 est commandé par le signal prélevé sur le drain du premier transistor T1 de la paire différentielle à travers au moins une diode, ici D1. Le transistor haut T21 est commandé par le signal prélevé sur le drain du second transistor T2 de la paire différentielle, 15 directement. D'une façon préférentielle, le circuit est réalisé à l'aide de transistors à effet de champ du type MESFET (Metal, Semi-insulating FET) normalement pincés en l'absence de signal grille-source, sur un substrat en arséniure de gal20 lium (GaAs). Les charges R1, R2, R3 sont des résistances réalisées dans la zone active formée au cours de la mise en oeuvre des MESFET'S. Les sorties du dispositif se font aux noeuds 11 25 et 21, respectivement aux points milieux du premier et du second étage PUSH-PULL, sur des charges Z1 et Z2. Tel qu'illustré par la figure 2, lorsque la tension VB est supérieure à la tension VA en entrée, le transistor T2 de la paire différentielle est beaucoup plus passant 30 que le transistor T1. Le signal-au noeud 2 (voir figure 1) sur le drain du transistor T2 est donc à un niveau bas alors que le signal au noeud 1 sur le drain du transistor T1 est proche de la valeur de la seconde alimentation continue VDD, donc à un niveau haut. Dans ces conditions le noeud 10 se polarise automatiquement à la tension d'écrêtage de la diode D1 et met le - 5 transistor bas T20 du second étage PUSH-PULL en état de forte conduction. La diode D1 conduit et accuse à ses bornes une chute de potentiel égale à sa tension d'écrêtage. Par contre, les signaux aux noeuds 2 et 20, c'est-à-dire respectivement au 05 drain du second transistor T2 de la paire différentielle et à la grille du transistor bas du premier étage PUSH-PULL sont proches de 0, bloquant le transistors T10 et T21. La diode D2 ne conduit pas. Le transistor haut du premier étage PUSH-PULL im10 pose donc dans la charge Z1 l'état logique 1, alors qu'au même instant, le transistor haut du second étage PUSH-PULL T21 impose dans Z2 l'état 0. Lorsque le circuit selon l'invention est réalisé au moyen des transistors MESFET déjà cités, dans un exemple de 15 réalisation: - la tension d'alimentation continue VDD = 1,4V - la tension d'alimentation continue VSS peut être choisie parmi les valeurs -1,4 V et la masse (OV); - la tension d'écrêtage des diodes est environ 20 0,7V; - les niveaux logiques internes ont donc une amplitude de 1,4V ce qui leur confère une bonne marge de bruit; - les niveaux de sortie sont calibrés sur 0, et 0,7V avec une valeur moyenne fixée à 0,350V quels'que soient les 25 niveaux d'entrée de VA et VB. Les transistors MESFET présentent de préférence une largeur de grille L = 20 n et une tension de pincement VT = 50 mV La valeur des charges résistives est: 30 R1 = R2 = 2 K2 R3 = 1 KP Z1 = Z2 = 2 Kn Les capacités de sortie du circuit sont équivalentes à la capacité d'une diode, D1 ou D2 en série avec la 35 capacité du transistor bas de l'étage PUSH-PULL correspondant, c'est-à-dire une faible capacité environ inférieure à 10 fF. -6 REVENDICATIONS: 1. Circuit amplificateur différentiel réqénateur de signaux complémentaires analogiques de faible amplitude, incluant: - une paire différentielle de transistors à effet de champ dont les sources communes sont connectées à une première tension d'alimentation VSS à travers une charge; - une paire de charges connectées respectivement au drain de chaque transistor de la paire différentielle et à une 10 seconde alimentation; - un circuit régérateur de niveau comprenant une paire de diodes prélevant les signaux respectivement au drain. de chaque transistor de la paire différentielle, caractériséen ce que les signaux transportés par les diodes sont appliqués 15 respectivement sur le transistor bas d'une paire d'étages PUSH-PULL, dont le transistor haut reçoit directement le signal prélevé sur le drain du transistor opposé de la paire différentielle, la source des transistors bas des étages PUSH-PULL étant portée à la masse et le drain du transistor 20 haut de ces étages étant porté au second potentiel d'alimentation VDD, les sorties complémentaires amplifiées étant disponibles aux points milieux des étages PUSH-PULL. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est monolithiquement intégré sur un substrat en arsé25 niure de gallium GaAs au moyen de transistors à effet de champ du type normalement pincés en l'absence de signal grillesource et de charges résistives.