Brevet FR2619267A1 — publié le 19890210

La présente invention concerne des circuits de com- mutation à transistors. Elle concerne en particulier des circuits de commutation à grande vitesse dans lesquels des oscillations de tension de grande amplitude peuvent appa- raitre lors du fonctionnement du circuit. Au cours de la construction de pastilles à semi- conducteur formant des circuits d'interface à grande vites- se, la disposition du circuit avec son drain à la masse (aussi appelée à "drain commun") est souvent utilisée et son fonctionnement dépend de la circulation d'un courant pendant un intervalle convenable de temps. Comme la circu- lation du courant est nécessaire au fonctionnement du cir- cuit, il est souhaitable que la quantité de courant soit utilisée de la manière la plus efficace possible. La présente invention a été réalisée pour la forma- tion d'un circuit à drain à la masse dans lequel une meil- leure utilisation du courant peut être réalisée. Selon l'invention, un circuit de commutation à tran- sistor comprend un transistor monté dans un circuit ayant un drain à la masse, le circuit comprenant une diode montée entre une électrode de grille et une électrode de source du transistor afin que la valeur de la capacité parasite qui peut être présente au noeud de sortie dispose d'un trajet de décharge. De préférence, la diode est du type présentant une faible chute de tension, par exemple une diode de Shottky. Deux ensembles à diodes ou plus peuvent être montés aux bornes du transistor. Le circuit de commutation à transistor peut être un amplificateur différentiel. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma d'un circuit d'un étage classique à transistor à drain à la masse ayant un circuit simple de pilotage; les figures 2 et 3 représentent des circuits selon l'invention dans lesquels le courant peut être utilisé d'une manière plus efficace; la figure 4 est un schéma d'une variante de circuit logique à transistor à effet de champ et à circuit tampon utilisant un circuit logique à arséniure de gallium; la figure 5 est un circuit logique à transistor à effet de champ à source couplée; et la figure 6 représente une extension de la construc- tion du circuit à un arrangement à transistor bipolaire. Comme représenté sur la figure 1, le circuit est un étage à drain à la masse du type utilisé dans les circuits à arséniure de gallium. Le circuit met en oeuvre quatre transistors à effet de champ T à T et un signal d'entrée i 4 appliqué à une ligne X commande le signal de sortie qui apparait par une ligne Y. Une ligne d'alimentation en tension V est utilisée. Lors du fonctionnement du circuit, l'impédance de sortie est faible lorsque le transistor T conduit et le ! signal de sortie est mis à un état "haut". Cependant, lorsque le transistor T conduit et lorsque l'électrode de grille du transistor T est mis à un niveau bas, provoquant l'arrêt de la conduction du transistor T, le courant 1' nécessaire à cette mise à un niveau bas est transmis par le transistor T. La réalisation de l'opération à une vitesse élevée nécessite la transmission d'un courant d'intensité relativement élevée par le transistor T; ceci nécessite que le dispositif soit important et il doit avoir une capacité de charge en excès au noeud de sortie. En outre, ce courant est présent de manière indésirable à l'état haut en sortie si bien que la dissipation totale de puissance augmente et le niveau élevé du signal de sortie est dégradé. La figure 2 représente un circuit analogue dans lequel une diode D a été ajoutée, la diode étant avanta- geusement réalisée suivant la technologie MESFET à l'arsé- niure de gallium, c'est-à-dire qu'elle constitue une diode de Shottky. Dans ce circuit, lorsque le transistor T conduit, la capacité parasite au noeud de sortie peut se décharger à travers la diode D et le transistor T si bien i 4 que l'opération de mise au niveau bas est accélérée. Le transistor T peut être un dispositif relativement petit et à faible courant, qui donne une plus faible capacité para- site et une plus faible consommation d'énergie. Le transis- tor T peut être directement connecté à la masse par l'in- termédiaire d'un dispositif supplémentaire de commutation ou d'un transistor à "traînée", s'il fait partie d'une "paire à traînée". Dans tous ces exemples, il ne commute à l'état de transmission de courant que lorsque l'électrode de grille du transistor T doit passer à l'état bas, c'est- à-dire que le trajet de circulation de courant ne peut exister qu'au moment convenable exactement. -Un autre mode de réalisation du circuit selon l'in- vention est représenté sur la figure 3 sous forme d'un amplificateur différentiel à grande oscillation de tension. Il comporte deux lignes d'entrées différentielles X et X, - 1 2 avec des sorties différentielles Y et Y. Sur la figure 3, 1 2 les transistors T à T de la paire à traînée, associés à 1 3 des transistors de charge T et T5, assurent la commutation de transistors suiveurs de tension T et T, avec des 6 7 transistors T et T de réduction de niveau. Dans la cons- 8 9 truction selon l'invention, des diodes D et D sont mon- 1 2 tées en parallèle par rapport aux transistors T et T. 6 7 Lors d'une simulation théorique de ce circuit, d'abord en l'absence des diodes D et D, on a constaté qu'il fallait des courants d'abaissement de niveau de 20 mA chacun, avec une valeur analogue correspondante de "traînée". Cependant, grâce à l'incorporation des diodes D1 et D, des courants de traînée de 5 mA chacun ont été déterminés comme convenables, si bien que le courant total d'alimentation peut être divisé par deux et la puissance consommée aussi. En outre, on a observé une certaine aug- mentation de la vitesse. Une autre application de l'invention est celle d'un étage logique à l'arséniure de gallium tel que représenté par le circuit logique à transistor à effet de champ et à circuit tampon (BFL) de la figure 4. Les traits interrompus représentent des variantes de connexion de la diode D qui doit permettre une accélération de la baisse du niveau de tension. La position optimale pour la connexion de la diode supplémentaire (ou éventuellement plusieurs diodes peuvent être utilisées) dépend des paramètres du circuit correspon- dant. Ce circuit peut ainsi transmettre un courant de réduction de niveau à un état bas du signal de sortie et il permet donc, pendant son fonctionnement, une économie de courant par rapport au circuit logique classique à transis- tor à effet de champ et à circuit tampon. La figure 5 représente un circuit logique à transis- tor à effet de champ et à couplage de source (SCFL). Comme dans le cas de la figure 4, d'autres positions de connexion de la diode D sont représentées en trait interrompu et plusieurs diodes peuvent aussi être utilisées. La figure 6 représente l'application du circuit selon l'invention à des transistors bipolaires, à construc- tion au silicium ou à l'arséniure de gallium. Le circuit utilise des résistances R, R et des sources de courant 1 2 I, I. L'addition de la diode D au circuit de base provo- i 2 1 que une décharge de la capacité parasite à la sortie par l'intermédiaire de la diode D, du transistor T et de la i 2 source de courant I. Ceci permet l'utilisation d'une i source de courant I ayant un plus faible signal de sortie que cela ne serait nécessaire dans le cas contraire. L'os- cillation de tension peut être relativement grande afin que la diode D soit utilisée avantageusement. La diode D, lorsqu'elle est à la transition à l'état bas, transmet un courant provenant d'une capacité de charge se trouvant en Y par l'intermédiaire du transistor T et de la source I, si 2 1 bien que le passage à un niveau bas sous la commande de la source I est facilité. On a constaté que le circuit de commutation selon l'invention était utile car il évite la dégradation de la tension à un état élevé par un courant excessif de passage à un niveau bas. On doit considérer la situation dans laquelle il existe un courant fixe de passage à un niveau bas pour expliquer ce comportement. Le drain à la masse ou le circuit suiveur d'émetteur a une impédance finie de sortie, et cette impédance multipliée par le courant de sortie, pour une chute de tension quelconque de la diode, constitue la différence de tension entre la sortie et la ligne supérieure d'alimentation. Si le courant de sortie peut être réduit d'une manière ou d'une autre, la chute de tension aux bornes de l'impédance résistive de sortie est réduite si bien que la tension de sortie augmente à une valeur plus proche de celle de la ligne supérieure d'ali- mentation, c'est-à-dire qu'elle subit une moindre dégradation. L'utilisation d'une diode selon l'invention ne doit pas être confondue avec un écrêtage classique d'un transis- tor par une diode de Shottky, car la diode est alors con- nectée entre la base et le collecteur. Un tel écrêtage de Shottky d'un transistor bipolaire est un procédé évitant la saturation de la jonction base-collecteur et diffère donc totalement de la présente invention. Les transistors à effet de champ n'ont pas le même mécanisme de saturation. Les diodes sont utilisées pour la décharge d'une capacité qui n'est pas fondamentalement présente dans le transistor à effet de champ bien que celui-ci contribue en général à la capacité parasite. La description qui précède est donnée à titre pure- ment illustratif et un certain nombre de modifications entrent dans son cadre. Par exemple, il n'est pas primor- dial que le transistor soit un transistor ordinaire à effet de champ. Dans d'autres modes de réalisation, il peut s'agir d'une porte logique à transistor à effet de champ et à circuit tampon (BFL), d'une porte logique à transistor à effet de champ et à couplage de source (SCFL) ou d'un transistor bipolaire. Une version à inversion de polarité, par exemple un transistor à effet de champ de GaAs à canal p. est aussi possible. REVENDICATIONS 1. Circuit de commutation à transistor, comprenant un transistor monté avec une disposition de drain à la masse, caractérisé en ce que le circuit comporte une diode (D) montée entre une électrode de grille et une électrode de source du transistor afin que toute capacité parasite qui peut être présente au noeud de sortie dispose d'un trajet de décharge. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la diode (D) est une diode à faible chute de tension. 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que la diode (D) est une diode de Shottky. ! 4. Circuit selon l'une quelconque des revendications i à 3, caractérisé en ce que deux diodes au moins sont montées aux bornes du transistor. 5. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il constitue un amplificateur différentiel. 6. Circuit selon l'une quelconque des revendications i à 5, caractérisé en ce que le transistor est une porte logique à transistor à effet de champ à circuit tampon (BFL). 7. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le transistor est une porte logique à transistor à effet de champ à couplage de source (SCFL). 8. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le transistor est un transis- tor bipolaire.