Brevet FR2611330A1 — publié le 19880826

AMPLIFICATEUR DE LECTURE POUR MEMOIRE La présente invention concerne les circuits intégrés réalisés en technologie C-MOS (pour métal oxyde semiconducteur), plus particulièrement un amplificateur de lecture pour mémoire. Dans les mémoires en circuit intégré telles que les mémoires RAM (pour random access memory en langue anglaise) ou similaires, la lecture des données enregistrées dans les cellules-mémoire est en général réalisée à l'aide d'amplificateurs différentiels. Comme représenté sur la figure I qui concerne un circuit réalisé en technologie C-MOS, les amplificateurs différentiels utilisés comprennent, selon un montage classique, une source d'alimentation en courant constituée par un transistor MOS de type N TN3 alimentant en parallèle deux groupes de transistors MOS en série constitués respectivement d'un transistor MOS de type N TNI et d'un transistor MOS de type P TPI d'une part et d'un transistor MOS de type N TN2 et d'un transistor MOS de type P TP2 d'autre part. De manière plus spécifique, les deux groupes de transistors MOS TNI, TPI et TN2, TP2 sont montés entre le drain du transistor MOS TN3 et la tension d'alimentation VCC. Les grilles de commande des transistors TNI et TN2 constituent les entrées El et E2 de l'étage différentiel. D'autre part, le montage décrit avec référence à la figure I est un schéma classique d'un étage différentiel à cinq transistors MOS à miroir de courant. Ainsi, le drain du transistor MOS TPI est connecté avec sa grille de commande, elle-même connectée avec la grille de commande du transistor TP2. Dans ce cas, on obtient une seule sortie S non différentielle en tension, positive ou nulle. Cette sortie S est effectuée sur le drain du transistor TN2. Cet étage différentiel comporte de plus un circuit d'équilibrage CE constitué de manière connue par une porte de transfert de type classique commandée par un signal de précharge PR et par son signal inversé PR. Ce circuit permet, pendant une phase d'équilibrage réalisée avant chaque lecture, de positionner la sortie S de l'étage différentiel vers sa valeur en mode commun,c'est- a-dire vers la valeur prise par la tension de sortie lorsque les entrées El et E2 sont court-circuitées. Ce circuit d'équilibrage est essentiel dans les amplificateurs de lecture pour obtenir des temps d'accès très rapides. Toutefois, ce circuit d'équilibrage présente un certain nombre d'inconvénients. En effet, si la valeur en mode commun correspond à un niveau logique "1" et que l'on doive lire en sortie successivement deux niveaux logiques "0", on aura donc sur la sortie S un signal présentant deux commutations, à savoir en début d'équilibrage une transition d'un niveau logique "0" à un niveau logique "1" suivie, au moment de la lecture, d'une transition d'un niveau logique "I" au niveau logique "0". Or, ceci entraîne une augmentation de la consommation du circuit et un risque de bruit sur les alimentations. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient en proposant un perfectionnement aux amplificateurs de lecture pour mémoire du type constitué par un étage différentiel comportant un circuit d'équilibrage. En conséquence, la présente invention a pour objet un amplificateur de lecture pour mémoire en technologie C-MOS, cet amplificateur étant constitué par un étage différentiel comportant un circuit d'équilibrage mis en oeuvre pendant la phase d'équilibrage par un signal de précharge, caractérisé en ce qu'il comporte de plus des moyens pour mémoriser, pendant la phase d'équilibrage, l'état de la sortie de l'étage différentiel. Selon un mode de réalisation préférentiel, les moyens pour mémoriser pendant la phase d'équilibrage l'état de la sortie de l'étage différentiel sont constitués par un transistor MOS monté entre la tension d'alimentation et l'électrode reliée à la tension basse des transistors d'entrée de l'étage différentiel dont la grille est commandée par le signal de précharge, ainsi que par un amplificateur à seuil. De préférence, le transistor MOS est un transistor MOS de type P et l'amplificateur à seuil est un trigger de Schmitt. Selon une autre caractéristique de la présente invention pour éviter toute augmentation de la consommation du circuit, 26 1 1330 l'amplificateur de lecture comporte de plus des moyens permettant d'éviter cette surconsommation. Selon un mode de réalisation préférentiel, ces moyens sont constitués par un transistor MOS monté en série entre la source de courant de l'étage différentiel et la masse, transistor MOS dont la grille est commandée par le signal de précharge. D'autre caractéristiques et avantages de la présente invention apparattront à la lecture de la description d'un mode de réalisation, faite avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels: - la figure 1, déjà décrite, représente un schéma d'un amplificateur de lecture selon l'art antérieur, et - la figure 2 représente un schéma électrique d'un mode de réalisation préférentiel d'un amplificateur de lecture conforme à la présente invention. Pour simplifier la description, dans les figures les mêmes éléments portent les mêmes références. D'autre part, la présente invention a été décrite en se référant à un mode de réalisation particulier d'un étage différentiel en technologie C-MOS, il est évident pour l'homme de l'art qu'elle peut aussi être utilisée avec d'autres modes de réalisation en technologie C-MOS. Sur la figure 2 on a représenté un mode de réalisation d'un amplificateur de lecture pour mémoire conforme à la présente invention. Cet amplificateur de lecture comporte un étage différentiel ainsi qu'un circuit d'équilibrage, l'ensemble étant identique à l'amplificateur de lecture représenté sur la figure 1. De manière plus spécifique, l'étage différentiel comporte une source de courant réalisée par le transistor MOS de type N TN3 dont la grille est commandée par un signal de validation VAL. Conformément à la présente invention, la source du transistor MOS TN3 est connectée à la masse ou à une tension basse Vss par l'intermédiaire d'un autre transistor MOS de type N TN4 dont le r8le sera expliqué de manière plus détaillée ci-après. D'autre part l'Pétage différentiel comporte deux ensembles de transistors MOS montés en parallèle entre le drain du transistor TN3 et la tension d'alimentation Vcc. Ces deux ensembles sont constitués chacun par un transistor MOS de type N TN1 ou TN2 monté en série avec un transistor MOS de type P TPI ou TP2. De manière plus spécifique, le drain de TN3 est connecté à la source du transistor MOS de type N TNI ou TN2 dont le drain est connecté au drain du transistor MOS de type P TP! ou TP2 dont la source est connectée à la tension d'alimentation. D'autre part, les grilles des transistors MOS TNI et TN2 reçoivent respectivement les signaux d'entrée El et E2 de l'étage différentiel. De plus, le montage représenté est un montage dit à miroir de courant. En conséquence, les grilles des transistors TPI et TP2 sont connectées ensemble et le drain du transistor TP1 est connecté à sa grille. De ce fait, la sortie S de l'étage différentiel est obtenue sur le drain du transistor TP2. Le circuit d'équilibrage CE est constitué par une porte de transfert de type connu connectée entre les grilles des transistors TNI et TN2 et recevant le signal de précharge PR et son signal inversé PR. Conformément à la présente invention, un transistor MOS de type P TP4 est monté entre la tension d'alimentation Vcc et la source des transistors TNI et TN2, c'est-à-dire l'électrode reliée à la tension basse des transistors d'entrée de l'étage différentiel. La grille du transistor MOS TP4 est commandée par le signal de précharge inversé PR. D'autre part, le signal de précharge inversé PR commande aussi la grille du transistor MOS de type N TN4 monté entre la source du transistor MOS TN3 et la tension basse Vss. Selon une autre caractéristique de la présente invention un amplificateur à seuil tel qu'un trigger de Schmitt T est relié à la sortie S de l'étage différentiel. On expliquera maintenant le fonctionnement de l'amplificateur de lecture pour mémoire conforme à la présente invention. Pendant la phase d'équilibrage, à savoir lorsque le signal PR est au niveau logique "0", le transistor MOS TN4 est bloqué ce qui permet de couper l'alimentation et évite ainsi une surconsommation. En même temps le transistor MOS TP4 devient passant et impose un potentiel égal à la tension d'alimentation Vcc sur les sources des transistors d'entrée TNI et TN2. En conséquence, les transistors 26 1 1330 TNI et TN2 sont bloqués par effet substrat. De ce fait, les points S et S' sont isolés de la tension basse Vss et ne peuvent évoluer que grâce à l'action des transistors MOS TPI et TP2. En fait, le transistor TPI est monté en résistance. Aussi le potentiel S' est imposé par ce montage et quel que soit le niveau de la sortie S, la tension VS' sera dans les deux cas sensiblement équivalente. Comme on utilise un miroir de courant, les courants dans les deux branches de l'amplificateur différentiel seront les mêmes, il en sera donc de même pour la variation de tension, d'o les équations: VS (2) = vs (1) + _ vs VS' (2) = VS' (1) + A-VS' avec /LVS = A VS' = VS' (2) - VS' (1) Ainsi, dans un circuit réalisé en technologie C-MOS, 2 microns dans lequel les transistors TPI et TP2 ont été choisis de telle sorte que leur rapport W/L = 30/2,5 et les transistors TN1 et TN2 ont été choisis de telle sorte que leur rapport W/L = 25/2, si la sortie S est au niveau logique "1", l'on obtient avec une tension d'alimentation Vcc de 5 volts: VS (l)?- 4,8 volts et VS' (1) 'v3,2 volts; si la sortie S' est au niveau logique "0", l'on obtient: VS (1)O,8 volt et VS' (1) - 3,5 volts Dans le premier. cas, lors de la précharge, la source des transistors TNI et TN2 est placée sensiblement à Vcc et les entrées El et E2 sont court-circuitées. Dans ce cas: VS' (2)-Vcc - VTP d'o: VS' (2)-- 4,4 volts 261 1330 VS (2)_._VS (1) + VS' (2) - VS' (1) d'o: VS (2) Vcc Dans le deuxième cas, lors de la précharge: VS' (2)--Vcc - I VTP I d'o: VS' (2)>-24,4 volts VS (2)_.VS (1) + VS' (2) - VS' (1) d'o: VS (2) 1,7 volt Comme représenté sur la figure 2, pour obtenir sur la sortie S1 un niveau haut et un niveau bas bien déterminés, S est connecté à un trigger de Schmitt T qui commute pour une tension d'environ 3,0 volts. De ce fait, le niveau bas 1,7 volt sera vu comme un niveau logique 0. 261 1330 REVENDICATIONS 1. Amplificateur de lecture pour mémoires en technologie C- MOS, du type constitué par un étage différentiel (TNI, TPI, TN2, TP2, TN3) comportant un circuit d'équilibrage (CE) mis en oeuvre pendant la phase d'équilibrage par un signal de précharge (PR), caractérisé en ce qu'il comporte de plus des moyens (T, TP4) pour mémoriser, pendant la phase d'équilibrage, l'état de la sortie de l'étage différentiel. 2. Amplificateur de lecture selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour mémoriser, pendant la phase I0 d'équilibrage, l'état de la sortie de l'étage différentiel sont constitués par un transistor MOS (TP4) monté entre la tension d'alimentation et l'électrode reliée à la tension basse des transistors d'entrée de l'étage différentiel dont la grille est commandée par le signal de précharge, et par un amplificateur à seuil (T). 3. Amplificateur de lecture selon la revendication 2, caractérisé en ce que le transistor MOS (TP4) est un transistor MOS de type P. 4. Amplificateur de lecture selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'amplificateur à seuil (T) est un trigger de Schmitt. 5. Amplificateur de lecture selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce qu'il comporte de plus des moyens (TN4) pour éviter une surconsommation de courant. 6. Amplificateur de lecture selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens pour éviter une surconsommation de courant sont constitués par un transistor MOS monté. en série entre la source de courant (TN3) de l'étage différentiel et la masse, dont la grille est commandée par le signal de précharge (PR).