Brevet FR2635620A1 — publié le 19900223

Circuit d'entrée à commutation accélérée'. L'invention concerne un circuit d'entrée de commuta- tion présentant un étage du type à émetteurs couplés (ECL) à deux transistors, le premier recevant sur sa base un signal d'entrée et le deuxième recevant sur sa base un signal de com- mande, lequel est élaboré par un circuit de commande à partir du signal du collecteur du premier transistor, de manière à obtenir sur le collecteur du deuxième transistor un signal de sortie commutant plus rapidement que le signal d'entrée. Un tel circuit, généralement utilisé pour compenser le ralentissement de commutation dû à des lignes d'entrée for- tement capacitives,-est connu du 'Microelectronic Cell Data Book" de MOTOROLA, le circuit de commande consistant en un simple pont diviseur résistif entre le collecteur du premier transistor, la base du deuxième transistor et la masse. Lors- que par exemple la tension E passe d'un état bas à un état haut, la mise en conduction du premier transistor entraîne la baisse de la tension sur la base du deuxième transistor, ce qui accélère la commutation. Ce phénomène est le même, en sens inverse, pour une transition du signal E d'un état haut à un état bas. La dépendance directe entre la tension de commande et le signal du collecteur du premier transistor fait qu'il n'est pas possible de choisir tous les paramètres de fonction- nement. La présente invention propose un circuit d'entrée du type précité dans lequel la valeur et l'amplitude de la ten- sion de commande peuvent être choisies. Le circuit selon l'invention est dans ce but carac- térisé en ce que le circuit de commande comporte un troisième transistor dont le collecteur est connecté à une source de tension d'alimentation, dont la base est connectée au collec- teur du premier transistor et en ce qu'il comporte successive- ment une première, une deuxième et une troisième résistance disposées en série entre l'émetteur du troisième transistor et un point de référence auxquels sont connectés une source de tension de référence et une première source de courant de ré- férence, le point commun à la première et à la deuxième résis- tance étant connecté à une deuxième source de courant de réfé- rence, et le point commun à la deuxième et à la troisième ré- sistance délivrant ledit signal de commande. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre en liaison avec la figure unique qui représente le mode de réalisation préféré de l'invention. Le circuit comporte un étage suiveur d'entrée com- portant un transistor T1 recevant sur sa base des signaux d'entrée e, et produisant sur un émetteur des signaux E, cet émetteur étant connecté de manière classique à une source de courant (T2,R2). Cet étage tampon est classique et n'a qu'une fonction facultative de découplage. Le circuit d'entrée pro- prement dit comporte une porte du type à émetteurs couplés (ECL) comprenant deux transistors T3 et T4 dont les émetteurs couplés sont connectés à une source de courant (Rs,TS) d'in- tensité I. Les collecteurs des transistors T3 et T4 sont re- liés à une source de tension d'alimentation Vc à travers des résistances respectivement R3 et R4. La base du transistor T3 reçoit le signal E du premier émetteur du transistor T1. Le signal de sortie S est celui fourni par le collecteur du tran- sistor T4, le collecteur du transistor T3 fournissant le signal complémentaire S. La tension de base du transistor T1 est déterminée à partir de la tension de collecteur du transistor T3. En ce qui concerne l'art antérieur, nous avons déjà précisé que cela était effectué en divisant potentiométriquement la tension de collecteur du transistor T3. Ceci a pour inconvénient de limi- ter considérablement le contrôle de l'effet ainsi produit. On peut ainsi choisir la valeur centrale de la tension de base du transistor T4, mais à ce toment là, l'amplitude de sa varia- tion ne peut être choisie. Par contre, si on veut choisir l'amplitude de l'amplitude de cette variation, alors la valeur centrale ne peut l'être et de toutes façons, la valeur de cette amplitude est limitée à une fraction de l'amplitude de commutation AV de la porte ECL. Le circuit qui va maintenant être décrit permet de choisir les deux paramètres et de plus dans une gamme de va- leurs aussi large que désirée. La base d'un transistor T6 est connectée au collec- teur du transistor T3. Le collecteur du transistor T6 est con- necté à une tension de tension d'alimentation Vc, et son émetteur est relié à un point C à travers trois résistances en série respectivement R1o, Rll et R12, une diode en direct To10 étant éventuellement intercalée entre l'émetteur du transistor T10 et la résistance R1o de manière à réaliser une compensa- tion de niveau. Le point A commun aux résistances R1o et Rl est connecté à une source de courant (Rs,T8) d'intensité Ic Le point B commun aux résistances R11 et R12 est connec- té à la base du transistor T4, éventuellement à travers une résistance R4. Le point C précité, autre extrémité de la ré- sistance R12 est connecté à une source de tension de référence UREF. Cette source de tension de référence comporte un tran- sistor T7 dont le collecteur est connecté A la source de ten- sion d'alimentation Vc, dont la base reçoit une tension de référence (VcVREF), et dont un émetteur est connecté au point C ainsi qu'à une source de courant (Rg,Tg) d'intensité ID. Ce courant ID assure que notamment ledit émetteur soit toujours traversé par un courant Ir, de telle sorte que l'on ait toujours: UREF = Vc- VREF - VBE VBE désignant la tension base-émetteur d'un transistor, soit environ 0,7V. On peut distinguer trois états principaux. Lorsque le signal d'entrée E est au niveau bas (premier état), le transistor T3 est bloqué et le collecteur du transistor T3 est est à la tension Vc. Lorsque le signal E est au niveau haut (deuxième état), le transistor T3 est passant et le collecteur du transistor T3 est à la tension Vc-AV avec AV = R3I1 Cette valeur AV de l'amplitude de commutation est fixée par les normes définissant le circuit (800mV pour de l'ECL). Le troisième état est un état d'équilibre transitoi- re. Dans le premier état (E au niveau bas), la tension sur l'émetteur du transistor TI0 (point O) est au niveau haut qui est supérieur à la tension au point C et la totalité du courant Ic passe à travers la résistance Rjc. Dans le deuxième état (E au niveau haut), la tension au point O est au niveau bas qui est inférieur à la tension au point C, la ten- sion au point A est inférieure à celle au point C et le cou- rant Ic se divise entre les deux branches R10 et (Rjj, R12). C'est ce qui permet d'effectuer un réglage de l'amplitu- de de variation de tension sur la base du transistor T4 et donc d'utiliser le circuit d'entrée pour des valeurs différen- tes de AV. Dans le troisième état, les tensions au point A et au point C sont égales, il n'y a pas de courant dans la bran- che (Rnl, R12) et la tension au point B a donc la valeur UREF, qui doit, pour un fonctionnement symétrique, être éga- le à la valeur En du signal d'entrée E à mi-pente. On a dans ce cas E0 = UREF = Vc - VREF - VD d'o on déduit la valeur de VREF VREF = Vc -VD - Eo On va maintenant décrire un mode de calcul des élé- ment du circuit permettant d'obtenir en fonctionnement symé- trique. Pour un fonctionnement symétrique, on choisit que le circuit soit dans le troisième état pour une demi-amplitude de commutation soit: 3- AV S = Vc - - La relation d'équilibre s'écrit alors: V -AV -v c2 -2 D -VBE6 R Ic= UREF = Vc VREF - VBE7 avec VD: chute de tension dans une diode VBE6: tension base-émetteur du transistor T6 VBE7: tension base-émetteur du transistor T7 Les transistors T6 et T? étant traversés respectivement par Ic et ID, (Ir=ID), on obtient la première condition: AV + LogID R10I = V - - VD() R1cI= VREF 2 D T c On a tout intérêt à choisir Ic = ID, d'o: R10I&V V (2) Ri0Ic = VREF 2 D (2) d'o: R10I = V - 2 Eo-v (2') c c 2VDE 2 Dans le premier état, on a (en écrivant l'égalité des tensions au point A) Vc(VBE6 + VD +I10R10io) = Vc - VREF - VBE7 + Ill(Rll+Rt2z) I11 désignant le courant traversant les résistances Ril et R12. Soit VBE6 +VD + I10RIo + Il1(Rll+R12) = VREF + VBE7 et I10 = Ic + '11; 111 + IR = ID D'o: VBE6 + VD +(Ic+ID-IR)R10+(ID - IR)(R1l+R12)= VREF + VBE7 Les transistors T6 et T7 étant parcourus par des courants égaux respectivement à Ic+ ID- IRet IR, on obtient la deuxième condition. Ic+ ID-IR V =V Logc +V + (I +I -I) R10 + (I -I)(RI1+R12) REF i IR D c D R DR On peut choisir le rapport n entre ID et IR, soit par exemple 2. On a alors pour n=2 et Ic=ID g 3D + ( R ll+2 c =VREF (4 VTLog 3+VD + (Rjúo+ -2 -)Ic = VRúF' (4) ?635620 Dans le deuxième état, le courant Ill circule dans l'autre sens et le courant Ic se divise entre Rio d'une part et Rll et R12 d'autre part: VcàV - (VBEG+VD+IoR10o) = Vc-VREF-VBE7-Ill(R11+R12) soit AV+VBE6+ VD+ IloR1o = VREF+VBE7+ I11(Rli+RI2). I10 + Il = Ic IR = ID + Ill d'o: VREF= V+VTLog cI4-DIR + VD + (Ic+ID-IR) Rio REF T ID + (IR - ID) (Rll + R12) (5) O IR a une valeur différente de celle du premier état. On choisit Ill = 'c d'o la troisième condition: cV+VLog2 + c V+ RIO (Rll+R2) I =V (6) TV+cV2I D 2 c REF soit avec Ic=ID AV - V Log 3 + V + RIo-(Rîl+Rl2) Ic =V (6') T D 2 c VREF En rapprochant les équations (4) et (6'), il vient: (Rio + R11 + R12) Ic = aV - 2 VT Log 3 (7) En utilisant l'équation (2'), on a alors: (R1l + R1Z)Ic = AV - 2VTLog3 - Vc 2VD+ Eo 8) 2 T c4- 2VD+ Lo transistor T3. Il est en outre possible de choisir la valeur de l'écart IVB-EOI dans le premier et le deuxième état. Cet écart est le même dans ces deux états, car on a choisi un fonction- nement symétrique (voir plus haut). Dans le premier état, on a: 3 Rl1Ic IVB-Eo[ = VB- E O= Vc2VD 2 R1VIc- 2 EO En remplaçant R10 Ic par sa valeur tirée de (2'), et Vc-Eo par VREF + VD, on obtient: IVB EI VD + 3 VREF RiIc (9) B o- 2- V - 2 2 En choisissant la valeur de Rj1Ic, on choisit IVB-EOI, donc l'amplitude du signal de commande. Exemple VREF = 1,3V AV = 600 mV Ic = ID = 250OA VD = 0,75V Ro10 = lkQ Rn1 = R12 = 5009 IVB-EOI = 112,5mV REVENDICATIONS: 1. Circuit d'entrée de commutation présentant un étage du type à émetteurs couplés (ECL) à deux transistors, à savoir un premier transistor recevant sur sa base un signal d'entrée et un deuxième transistor recevant sur sa base un signal de commande, lequel est élaboré par un circuit de commande à par- tir du signal du collecteur du premier transistor, de manière à obtenir sur le collecteur du deuxième transistor un signal de sortie commutant plus rapidement que le signal d'entrée, caractérisé en ce que le circuit de commande comporte un troi- sième transistor (T6) dont le collecteur est connecté à une source de tension d'alimentation (Vc), dont la base est con- nectée au collecteur du premier transistor (T3) et en ce qu'il comporte successivement une première (R10) une deuxième (Rl1) et une troisième résistance (R12) disposées en série entre l'émetteur du troisième transistor (Ts) et un point de réfé- rence (C) auquel sont connectés une source de tension de réfé- rence (UREF)et une première source de courant de référence (ID), le point (A) commun à la première (Rto) et à la deuxième (R11) résistance étant connecté à une deuxième source de courant de référence (Ic), et le point (B) commun à la deuxième (Rul) et à la troisième (R12) résistance et délivrant ledit signal de commande étant connecté à la base du deuxième transistor (T). 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de tension de référence (UREF) comporte un quatrième transistor (T7) dont le collecteur est connecté à la source de tension d'alimentation (Vc), dont la base est por- tée à une tension de référence (Vc-VREF). 3. Circuit selon une des revendications 1 ou 2, carac- térisé en ce qu'il comporte au moins une diode (T1I) dans le sens direct entre l'émetteur du troisième transistor (T6) et la première résistance (R10).