Brevet FR2656455A1 — publié le 19910628

Circuit de précharge d'un bus de mémoire L'invention se rapporte à un circuit de précharge d'un bus de mémoire intégrée Elle s'applique à toutes sortes de mémoires, et plus particulièrement aux mémoires intégrées dans des plaquettes semiconductrices incorporant des transistors bipolaires et des transistors à effet de champ Elle est bien adaptée aux transistors à effet de champ de type MOS (Metal Oxide Semiconductor) de même type ou de types complémentaires. La description qui suit se réfère à titre d'exemple illustratif à la technologie Bi CMOS (Bipolar Complementary MOS). La lecture et l'écriture dans une cellule de mémoire se font généralement par l'intermédiaire d'un ou deux bus durant des phases de lecture ou d'écriture incluses dans un signal d'horloge Actuellement, il est courant de faire précéder la phase d'écriture et/ou la phase de lecture par une phase de précharge du ou des bus Les phases de précharge sont incorporées dans le signal d'horloge Un seul bus sera pris en considération pour des raisons de commodité Le but de la précharge est de mettre le bus à un potentiel prédéterminé couramment égal à un potentiel d'alimentation L'écriture et la lecture se font par le maintien de la tension prédéterminée du bus ou par la décharge du bus selon l'état binaire à écrire dans une cellule de mémoire ou lu d'une cellule La précharge se fait ordinairement par au moins un transistor à effet de champ quand le bus a une faible valeur capacitive Cependant, la précharge rapide d'un bus ayant une valeur capacitive relativement élevée, par exemple supérieure à 1 p F, requiert l'emploi d'un transistor bipolaire Ce transistor a son collecteur connecté au potentiel haut d'alimentation Vcc et son émetteur connecté au bus Sa base est connectée au Vcc et à la masse par l'intermédiaire des trajets drain-source respectifs de deux transistors MOS de types complémentaires recevant sur leurs grilles le signal d'horloge En dehors de la phase de précharge, le transistor MOS connecté à la masse conduit pour assurer la décharge de la base du transistor bipolaire La phase de précharge bloque ce transistor et fait conduire l'autre transistor MOS Ce transistor MOS crée un trajet de courant issu du potentiel d'alimentation Vcc pour commander la conduction du transistor bipolaire La fin de la phase de précharge du signal d'horloge coupe le trajet de courant et commande la conduction de l'autre transistor MOS pour décharger la base du transistor bipolaire. Ce circuit de précharge présente plusieurs inconvénients La précharge du bus faite par ce circuit s'arrête normalement lorsque la tension de précharge s'approche suffisamment de la tension d'alimention Vcc pour couper ou rendre peu conducteur le transistor bipolaire Dans ces conditions, la durée de précharge dépend principalement de la valeur capacitive du bus et de la capacité de conduction du transistor MOS piloté par le signal d'horloge pour alimenter la base du transistor bipolaire Il est bien connu qu'un transistor à effet de champ présente une grande dispersion de ses caractéristiques courant/tension en fonction des conditions de la fabrication, allant jusqu'à un rapport supérieur à 3 Il s'ensuit qu'un circuit de précharge de l'art antérieur ne permet aucun ajustement de la tension de précharge et que la commande de cette tension par la durée du signal d'horloge ne peut être efficace à cause de la grande dispersion des caractéristiques du transistor à effet de champ commandant la conduction du trajet de courant d'alimentation de la base du transistor bipolaire. L'invention remédie à ces inconvénients, grâce à un circuit de précharge permettant l'ajustement de la tension de précharge d'un bus de mémoire à une valeur prédéterminée pendant la phase de précharge du signal d'horloge. Selon l'invention, un circuit de précharge d'un bus de mémoire, comprenant un transistor bipolaire piloté par un signal d'horloge, est caractérisé en ce que la base du transistor bipolaire est reliée aux deux potentiels d'alimentation par l'intermédiaire de deux transistors respectifs à effet de champ de types complémentaires ayant leurs grilles reliées à la sortie d'un amplificateur à seuil connecté au bus. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, donnée à titre d'exemple et faite en référence à la figure des dessins annexés. Dans les dessins: la figure 1 illustre un exemple de réalisation d'un circuit de précharge conforme à l'invention; et la figure 2 présente diverses formes d'ondes illustrant le fonctionnement du circuit de précharge représenté sur la figure 1. Dans la figure 1, le circuit de précharge 10 d'un bus de mémoire 11 inclut un transistor bipolaire Q piloté par un signal d'horloge 5 Le circuit de précharge 10 est fait en technologie Bi CMOS Les transistors n-MOS sont désignés par N et les transistors p-MOS par P Dans le circuit de précharge 10, le transistor bipolaire Q a son émetteur connecté au bus 11 en un point A et son collecteur connecté au potentiel d'alimentation Vcc Sa base constitue le point B du circuit de précharge 10 Le signal d'horloge o est appliqué sur les grilles de deux transistors Ni, Pi Le drain du transistor Pl est connecté au potentiel d'alimentation Vcc et sa source est reliée au point B La source du transistor Ni est à la masse et son drain est connecté au point B. Selon l'invention, la base B du transistor bipolaire Q est reliée respectivement au potentiel d'alimentation Vcc et à la masse par l'intermédiaire de deux transistors P 2, N 2 ayant leurs grilles reliées à la sortie C d'un amplificateur à seuil 12 connecté au bus 11 En d'autres termes, les trajets drain- source des transistors Pl et P 2 sont montés en série entre la base B du transistor bipolaire Q et le potentiel d'alimentation Vcc, tandis que les trajets drain-source des transistors Ni et N 2 sont montés en parallèle entre la base B du transistor bipolaire Q et la masse L'amplificateur à seuil 12 se compose de deux inverseurs 12 a, 12 b L'inverseur 12 a a son entrée connectée au point A du bus 11 et présentant un seuil Ta. L'inverseur 12 b a son entrée connectée à la sortie de l'inverseur 12 a et présentant un seuil Tb. Le circuit de précharge 10 inclut en outre quatre transistors N 3, P 3, N 4, P 4 ayant leurs trajets drain-source montés en série entre le potentiel d'alimentation Vcc et la masse Le transistor P 3 a sa source connectée au potentiel Vcc et sa grille recevant le signal d'horloge 0 Le transistor N 3 a sa source connectée à la masse et sa grille recevant le signal d'horloge complémentaire O* Les drains des transistors P 4 et N 4 sont réunis au point A du bus 11 Leurs grilles sont communes et réunies aussi au point A du bus 11, de sorte que les transistors N 4 et P 4 constituent des diodes Leurs courbes caractéristiques courant/tension se rapportent à des axes des abscisses communs (tension), ayant respectivement pour origines les points de tension O volt et Vcc Les deux courbes caractéristiques des deux diodes se coupent en un point dont l'abscisse détermine la tension au point A Le dimensionnement des transistors N 4 et P 4 l'un par rapport à l'autre est déterminé pour conférer au point A le potentiel de précharge Vp désiré du bus 11 Les transistors N 4 et P 4 forment ainsi un circuit de polarisation 13. Le fonctionnement du circuit de précharge 10 va maintenant être décrit en référence au chronogramme de la figure 2 illustrant des formes d'ondes des signaux d'horloge 0 et O * et des signaux aux points A, B et C du circuit de précharge 10 Dans l'exemple illustré, le signal d'horloge 0 inclut une phase de précharge 01 et une phase d'exécution (écriture ou lecture) 02 La phase de précharge débute à l'instant t I Avant l'instant ti, le signal d'horloge o a l'état logique 1 On supposera que l'état logique 1 correspond au potentiel d'alimentation Vcc = + 5 volts L'application du signal d'horloge O au circuit de précharge 10 bloque donc les transistors Pl et P 3 et met le transistor Ni en état de conduction Le blocage du transistor Pl empêche la conduction du transistor bipolaire Q L'état de conduction du transistor Ni assure l'évacuation vers la masse des charges accumulées sur la base du transistor bipolaire Q. Par conséquent, le potentiel au point B est O volt On suppose d'autre part que le potentiel au point A du bus 11 à l'état initial est O volt Ce potentiel est transmis par l'amplificateur 12 au point C, de sorte que le transistor N 2 est bloqué et le transistor P 2 est en état de conduction. Cependant, il ne peut pas conduire de courant à cause du blocage de Pl. A l'instant tl, le signal d'horloge 0 prend l'état logique O correspondant à la phase de précharge 01 L'application du signal d'horloge o au circuit du précharge 10 à l'instant tl met en état de conduction les transistors Pl et P 3 et bloque le transistor Ni La conduction des transistors Pl et P 2 et le blocage des transistors Ni et N 2 permettent l'injection d'un courant important dans la base du transistor bipolaire Q La forte conduction du transistor bipolaire Q élève rapidement le potentiel du point A du bus 11 On supposera que la tension de précharge désirée Vp du bus 11 soit égale à 2,5 volts Dans ces conditions, on donnera avantageusement au seuil Ta de l'inverseur 12 a de l'amplificateur 12 une valeur légèrement inférieure à Vp, soit 2,3 volts, par exemple Le seuil Tb de l'inverseur 12 b sera supérieur au seul Ta, de préférence égal à Vp Dans ces conditions, le point C demeure à O volt D'autre part, à l'instant tl les transistors P 3 et N 3 deviennent conducteurs Par conséquent, un courant passant par les transistors P 3 et P 4 charge ainsi le bus 11 Cependant, la charge du bus à travers ces transistors est sensiblement plus lente que celle faite à travers le transistor Q A l'instant t 2, le potentiel du point A atteint la valeur de seuil Ta = 2,3 volts A cette valeur, la sortie de l'inverseur 12 a reprend l'état " O " Le potentiel au point C bascule donc à + 5 volts, de sorte que le transistor P 2 se bloque et le transistor N 2 conduit La conduction du transistor bipolaire Q est donc interrompue brusquement à l'instant t 2 Le circuit de polarisation 13 continue de charger lentement le bus 11 Le dimensionnement des transistors N 4, P 4 montées en diodes est déterminé pour que la tension au point A soit stabilisée à la tension de précharge désirée Vp = 2,5 volts Le circuit de polarisation 13 empêche aussi les oscillations parasites que pourrait produire l'arrêt brutal de la conduction du transistor bipolaire Q Le potentiel du point A est donc stabilisé à la tension de précharge désirée Vp peu de temps après l'instant t 2, jusqu'à la fin de la phase de précharge à l'instant t 3 A cet instant débute la phase de lecture ou d'écriture 02, correspondant à l'état logique 1 du signal d'horloge O Dans ces conditions, les transistors Pi, P 3 et N 3 se bloquent et permettent le maintien ou la décharge du bus 11 selon l'état logique correspondant au bus Il durant la phase d'écriture ou de lecture. Il est à noter que la conduction du transistor N 2 entre les instants t 2 et t 3 contribue à décharger la base du transistor bipolaire Q pendant sa période d'interruption Le transistor Ni pourrait donc être supprimé Son maintien peut se justifier seulement pour des raisons de décharge électrostatique en dehors de la phase de précharge 01 Par ailleurs, il est clair que le circuit de polarisation 13 peut avoir une autre forme que celle décrite, constituée du diviseur de tension N 4, P 4. D'autre part, il est important que les grilles des transistors N 2 et P 2 soient connectées à la sortie C de l'amplificateur 12. Si par exemple la grille du transistor N 2 était connectée au point A, l'élévation progressive du potentiel en ce point à partir de l'instant tl rendrait de plus en plus conducteur le transistor N 2 Par conséquent, une partie de plus en plus grande du courant traversant les transistors Pl et P 2 serait détournée vers la masse, de sorte que le transistor Q deviendrait de moins en moins conducteur Il en résulterait une durée de précharge t 2-tl beaucoup plus longue Un montage additionnel complexe serait nécessaire pour réduire cette durée Le dispositif de précharge conforme à l'invention offre l'avantage d'être très simple et d'obtenir une durée de précharge très brève. Il est à noter que la présence des quatre transistors N 3, P 3 et N 4, P 4 n'est pas nécessaire En leur absence, le seuil Ta pourrait être ajusté sur la tension de précharge désirée Vp. Les quatre transistors additionnels offrent l'avantage d'assurer une bonne stabilité du fonctionnement du circuit de précharge 10 et de la tension de précharge Vp. Revendications 1 Circuit de précharge ( 10) d'un bus de mémoire ( 11), comprenant un transistor bipolaire (Q) piloté par un signal d'horloge ( 0), caractérisé en ce que la base (B) du transistor bipolaire (Q) est reliée aux deux potentiels d'alimentation par l'intermédiaire de deux transistors respectifs à effet de champ de types complémentaires (N 2, P 2) ayant leurs grilles reliées à la sortie d'un amplificateur à seuil 12 connecté au bus. 2 Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de seuil Ta de l'amplificateur ( 12) est légèrement inférieure à la tension de précharge désirée Vp du bus ( 11). 3 Circuit de précharge selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le signal d'horloge commande l'action d'un troisième transistor à effet de champ (Pl) ayant son trajet drain-source monté en série avec celui de l'un (P 2) des deux transistors à effet de champ précité. 4 Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que le signal d'horloge O commande la conduction d'un quatrième transistor à effet de champ (Ni) ayant son trajet drain-source monté en parallèle avec celui de l'autre transistor (N 2) des deux transistors à effets de champ précité. Circuit selon l'une des revendictions 1 à 4, caractérisé en ce que le bus ( 11) est connecté à un circuit de polarisation il ( 13) commandé par le signal d'horloge et ajusté sur la tension de précharge désirée Vp du bus ( 11). 6 Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit de précharge ( 13) inclut un diviseur de tension (N 4, P 4) fournissant une tension de polarisation ajustée sur la tension de précharge désirée Vp du bus ( 11). 7 Circuit selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le circuit de polarisation ( 13) inclut deux transistors à effet de champ de types complémentaires (N 4, P 4) montés en diodes et dimensionnés l'un par rapport à l'autre pour ajuster la tension de polarisation sur la tension de précharge désirée Vp du bus ( 11). 8 Circuit selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux transistors montés en diodes du circuit de polarisation ( 13) sont montés en série entre les deux potentiels d'alimentation avec deux transistors à effet de champ de type complémentaire (N 3, P 3) commandés respectivement par les formes directes et complémentaires du signal d'horloge 0.