INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Viscosité Brookfield de la suspension AGENT DE BROYAGE UTILISE Essai (à 20 C en mPa.s) No. Consommation NEUTRALISATION Viscosité en agent To 8 jours Taux de groupes Cation en % sec/sec AVAG acides neutralisés neutralisant spécifique 10 T/mn 10 T/mn 1 100 Na 0,54 1,04 1400 17000 Art 2 70/30 Na/Ca 0,54 1,09 1150 5160 antérieur 3 66 Na 0,54 1,13 1480 5050 Invention 4 50/50 Na/Mg 0,54 1,13 1500 3400 AVAG :Mesure de la viscosité avant agitation de la suspension La lecture du tableau 1 permet de constater que seule la suspension de carbonate de calcium broyée par l'agent selon l'invention (essai n"4) a une viscosité Brookfield mesurée à 10 tours par minute après 8 jours au repos, et sans agitation préalable, nettement inférieure à 5000 mPa.s, alors que tous les essais des exemples effectués selon un procédé de l'art antérieur donnent des viscosités supérieures à 5000 mPa.s.
Ainsi, le procédé de broyage selon l'invention permet d'obtenir la stabilité de la viscosité des suspensions de carbonate de calcium avant même toute agitation.
Exemple 2 Un deuxième groupe d'essais (essais n05 à ne13) concerne la préparation et le broyage de la suspens ion aqueuse du même carbonate de calcium, à la même concentration de matière sèche, en présence du même acide polyacrylique de viscosité spécifique 0,54 neutralisé par des taux variables de magnésium.
Viscosité Brookfield de la AGENT DE BROYAGE UTILISE Essai suspension (à 20 C en mPa.s) No. Consommation NEUTRALISATION Viscosité en agent To 8 jours Taux de groupes Cation en % sec/sec AVAG acides neutralisés neutralisant spécifique 10 T/mn 10 T/mn 5 70/30 Na/Mg 0,54 1,05 1570 5750 6 60/40 Na/Mg 0,54 1,03 1120 4076 7 55/45 Na/Mg 0,54 1,02 1250 3600 8 50/50 Na/Mg 0,54 1,13 1500 3400 Invention 9 45/55 Na/Mg 0,54 1,12 1480 3320 10 40/60 Na/Mg 0,54 1,16 1390 1635 11 30/70 Na/Mg 0,54 1,29 1160 1730 12 20/80 Na/Mg 0,54 1,32 2000 2530 Invention 13 40/50 Na/Mg 0,54 1,17 1250 1800 AVAG : Mesure de la viscosité avant agitation de la suspension La lecture du tableau 2 permet de constater les résultats rhéologiques de l'invention, ainsi que de constater que l'agent selon l'invention permet de franchir un seuil de rentabilité lors d'essais pratiques.
L'élément de protection Epl est un circuit suiveur de tension : la tension en sortie suit la tension d'entrée au seuil de déclenchement près.
Si le circuit intégré est hors-tension, l'entrée gl de l'étage de sortie est en principe à zéro volt et la sortie dl est en haute impédance.
Si une tension Vp supérieure au seuil de déclenchement positif Vs de l'élément de protection Epl se produit sur le plot P1 (décharge électrostatique), l'élément de protection Epl se déclenche et impose sur sa sortie B, donc sur l'entrée gl de l'étage de sortie Epl, la tension VA-Vs=Vp-Vs, tandis que la tension de sortie Vd de l'étage de sortie Esl est égale à la tension Vp. Donc la tension grille-drain du transistor MOS de l'étage de sortie est forcée à la tension de seuil Vs, quelle que soit la valeur de la surtension Vp. L'élément de protection Epl permet au-delà du seuil de déclenchement de maintenir une différence de potentiel entre l'entrée et la sortie de l'étage de sortie constante et égale au seuil de déclenchement.
Ainsi pour une tension de seuil Vs de l'ordre de six volts, la tension grille-drain est bien inférieure à la tension de claquage de l'oxyde de grille du transistor en bord de drain (région notée "O" sur la figure 1), de l'ordre de 15-20 volts. De plus, cette tension forcée rend conducteur le transistor T1 avant même qu'une conduction non contrôlée par perçage ou avalanche puisse se produire.
En pratique la tension de seuil positive Vs doit être supérieure à la tension d'alimentation Vcc du circuit, en tenant compte des tolérances sur cette tension généralement admises. Une valeur de l'ordre de six volts pour la tension de seuil positive Vs pourra généralement convenir.
C'est aussi la valeur de la tension de seuil négative Vs' que l'on retiendra. En effet, un tel élément de protection Epl peut aussi se déclencher pour une valeur de tension à ses bornes VA-VB supérieure en valeur absolue à Vs' (cas de surtensions négatives).
Or, comme l'élément de protection Epl ne doit pas perturber le fonctionnement normal de l'étage de sortie, il ne doit pas en particulier se déclencher quand l'élément 1 de circuit impose une tension positive de l'ordre de cinq volts sur la grille gl du transistor T1 de l'étage de sortie Esl, la tension de drain étant alors amenée à zéro volt. En pratique, une valeur de - 6 volts pour le seuil de tension négatif Vs' peut être retenue.
Quand le circuit est mis hors tension, il arrive qu'il reste des charges électriques dans le circuit qui peuvent commander la tension Vss (masse électrique du circuit) sur la grille gl de l'étage de sortie Esl. Si l'élément de protection se déclenche, il impose une tension élevée Vp-Vs sur cette même grille gl. Pour permettre au potentiel de la grille gl de monter à cette tension élevée Vp-Vs alors que la sortie yl est à zéro volts et pour protéger la circuiterie en amont de la sortie yl, un perfectionnement au dispositif de protection D1 de l'invention consiste à placer une résistance de très forte impédance (au moins dix kilo-ohms) entre la sortie yl de l'élément 1 de circuit et la sortie B de l'élément de protection Epl.
Cette résistance R1 permet alors de maintenir la tension Vss sur la sortie yl de l'élément 1 de circuit tout en permettant au potentiel de la grille gl de monter en tension.
On a décrit un dispositif de protection D1 aux décharges électrostatiques d'un étage de sortie Esl d'un circuit intégré MOS, comprenant un élément de protection Epl en parallèle sur l'étage de sortie et, en outre, dans un perfectionnement de l'invention, une résistance R1 de forte impédance entre la sortie de l'élément 1 de circuit et l'entrée gl de l'étage de sortie Esl.
De tels dispositifs de protection sont à placer de préférence sur chaque étage de sortie de circuit.
Pour des étages de sortie Esl et Es2 associés à un même plot de sortie P1, on utilisera de préférence un seul élément de protection Epl commun à ces étages de sortie Esl et Es2 de l'exemple et par contre, pour chacun de ces étages de sortie Esl et Es2, une résistance R1, R2 particulière placée entre la sortie de l'élément de circuit et l'entrée de l'étage de sortie associé. Ainsi dans l'exemple de la figure 1, la borne de sortie B de l'élément de protection Epl est connectée sur l'entrée g2 de l'étage de sortie Es2 et sur l'entrée gl de l'étage de sortie Esl. Une résistance R2 est placée en série entre une sortie y2 d'un élément 2 de circuit qui commande l'étage de sortie Es2 et l'entrée g2 de cet étage de sortie Es2. La résistance R1 est placée en série entre la sortie yl de l'élément 1 de circuit et l'entrée gl de l'étage de sortie Esl.
Dans l'exemple, on a décrit un dispositif de protection d'un étage de sortie avec un transistor MOS de type N. Cet exemple n'est pas limitatif. Le dispositif de protection s'applique aussi bien à d'autres types d'étages de sortie MOS ou CMOS.
La courbe de réponse en courant de l'étage de protection Epl selon l'invention en fonction de la différence de tension à ses bornes VA-VB est représentée sur la figure 2. Elle correspond à deux droites de charge, la première avec un seuil positif Vs, la seconde avec un seuil négatif Vs'.
Une réalisation pratique de l'étage de protection consiste par exemple à placer deux diodes zener zl, z2 tête-bêche entre les bornes A et B (figure 1), avec un seuil de tension pour chacune de l'ordre de six volts.
De telles diodes zener seront par exemple réalisées selon le principe décrit dans le brevet italien NO 22228A/89 déposé au nom de Sgs-Thomson Microelectronics s.r.l. le 31 octobre 1989.
Les deux interrupteurs K1 et K2 sont connectés en série aux bornes de la source de tension E, la charge étant connectée en étoile avec les deux interrupteurs.
De façon habituelle, l'électrode de commande de chaque interrupteur K1 ou K2 est reliée à un circuit d'adaptation AD1 ou AD2 (couramment désigné par "circuit driver") qui assure la mise en forme, l'adaptation et l'amplification du signal logique de commande reçu orl, or2 en vue de déclencher les changements d'état de l'interrupteur K1 ou K2.
Le convertisseur comprend une unité de pilotage UP qui est connue en soi (généralement un microprocesseur) et délivre deux signaux logiques de pilotage complémentaires pil et pil en vue de contrôler, selon l'application, les échanges d'énergie entre la source de tension E et la charge CH (par exemple réglage de l'amplitude et de la fréquence de la tension aux bornes de la charge dans le cas d'une charge passive).
Les signaux de pilotage pil et pil sont délivrés sur des interfaces logiques LOG1 et LOG2 qui transforment lesdits signaux de pilotage en signaux de commande orl et or2 porteur soit d'ordres de blocage orl = 0, or2 = soit d'ordres de conduction orl = 1, or2 = 1, de façon à assurer la commutation des interrupteurs K1 et K2 dans des conditions spécifiques propres à l'invention qui conduisant aux avantages détaillés plus loin.
L'interface logique LOG1, (respectivement LOG2) reçoit par ailleurs un signal d'état retardé (respectivement s'l) représentatif de l'état bloqué ou passant de l'ensemble interrupteur K2/diode D2 complémentaire (respectivement K1/D1).
Le signal d'état retardé s'2 (respectivement est est élaboré par un détecteur d'état DKD2 (respectivement DKD1) suivi d'un circuit retard RET2 (respectivement RET1).
Les deux circuits retards RET1, RET2 introduisent de préférence un retard identique, égal à une fraction de la période de commutation des interrupteurs.
Chaque détecteur d'état DKD1 (ou DKD2) comprend en l'exemple représenté à la figure 1 un comparateur de tension COMP1 (ou COMP2) agencé pour comparer la tension inverse vl (ou v2) aux bornes de la diode correspondante D1 (ou D2) avec une tension de référence Vf1 (ou vf2) supérieure à la tension de saturation des interrupteurs statiques, et inférieure à la tension e aux bornes de la source de tension E, un inverseur INV1 (ou INV2) agencé pour recevoir le signal logique de commande issu de l'interface logique LOG1 (ou LOG2) en vue de délivrer un signal complémentaire, une porte ET logique AND1 (ou AND2) agencée pour recevoir le signal issu du comparateur COMP1 (ou COMP2) et le signal complémentaire issu de l'inverseur INV1 (ou INV2) en vue de délivrer le signal d'état sl (ou s2).
La tension de référence est délivrée par un générateur de tension GF1 (ou GF2) et est fixée dans chaque application en fonction du type d'interrupteur à une valeur supérieure à la tension de saturation de celui-ci, en particulier de l'ordre de 1,2 à 2 fois la tension de saturation.
De façon classique, en sortie de chaque détecteur d'état, le signal sl ou s2 est isolé galvaniquement, par exemple à l'aide d'un optocoupleur.
L'interface logique LOG1 (respectivement LONG2) associé à l'interrupteur K1 (respectivement K2) reçoit un signal de pilotage pil (respectivement pi 1) et le signal d'état retardé s'2 (respectivement s'l) représentatif de l'état de l'ensemble interrupteur K2/diode D2 complémentaire (respectivement K1/D1). Cette interface LOG1 (respectivement LOG2) qui peut être une porte logique ET délivre vers le circuit d'adaptation associé AD1 (respectivement AD2) un signal logique de commande orl (respectivement or2) ; ce signal est porteur d'un ordre de conduction orl = 1 (respectivement or2 = 1) si et seulement si le signal logique de pilotage pil (respectivement pil) correspond à une autorisation de conduction, ET le signal d'état retardé (respectivement stol) est représentatif de l'état bloqué de l'ensemble interrupteur K2/diode D2 (respectivement K1/D1).
Ce signal de commande est porteur d'un ordre de blocage orl = O (respectivement or2 = O) dans les cas contraires.
Une telle logique de commande permet de gérer les échanges d'énergie entre source et charge, en bénéficiant des avantages suivants. Tout blocage violent des diodes est exclu puisque, préalablement à l'amorçage d'un interrupteur, on s'assure du blocage de la diode complémentaire ; on s'affranchit de ce fait de tous les phénomènes afférant à ces blocages violents : surintensités, surtensions, pertes. Tout risque de court-circuit de la source de tension est exclu puisque, préalablement à l'amorçage d'un interrupteur, on s'assure que l'interrupteur complémentaire est effectivement bloqué, c' est-à-dire qu'il La reçu un ordre de blocage et que cet ordre de blocage est devenu effectif au niveau de l'interrupteur (une tension directe est apparue entre ses électrodes de puissance).
Le retard rl ou r2 introduit par les circuits retards RET1 ou RET2 permet d'amorcer les interrupteurs sous la tension minimale et en particulier, lorsque le courant de charge est suffisant à l'instant d'une commutation, d'amorcer les interrupteurs sous tension nulle, de façon à réduire les pertes par commutation dans ces interrupteurs.
Par ailleurs, le convertisseur comprend, associé à chaque ensemble interrupteur Kl/diode Dl (respectivement K2/D2) une source de courant impulsionnelle J1 (respectivement J2) qui est pourvue d'une sortie de puissance connectée à la cathode de la diode D1 (respectivement D2) et d'une entrée de commande connectée à la sortie de l'interface logique LOG1 (respectivement LOG2) en vue d'engendrer une impulsion de courant jl (respectivement j2) en présence d'un ordre de blocage orl = O (respectivement or2 = 0) issu de ladite interface logique, et ainsi de forcer l'apparition d'une tension directe vl (respectivement v2) entre les électrodes de puissance de l'interrupteur K1 (respectivement K2) après polarisation de son électrode de commande dans le sens du blocage ; la source de courant est adapté pour que cette tension directe vl (respectivement v2) soit supérieure à la tension de référence Vf1 (respectivement vf2) engendrée dans le détecteur d'état DKD1 (respectivement DKD2).
Un circuit retard TEMP1 (respectivement TEMP2) est en l'exemple associé à la source de courant impulsionnelle J1 (respectivement J2) qui est du type limité en tension, en vue de déclencher l'impulsion de courant avec un retard prédéterminé bl (respectivement b2) après apparition de l'ordre de blocage orl = O (respectivement or2 = O).
Une surtension peut alors se produire sur le plot de sortie, par exemple par simple contact avec une main humaine, par décharge électrostatique.
Si une surtension négative par rapport à la tension de polarisation du substrat de circuit (Vss) est imposée sur le plot de sortie, le transistor de sortie étant bloqué, la jonction drain-substrat est polarisée en direct et elle écrète la tension sur le drain à environ 0,6 volt : le transistor s'auto-protège.
Mais si la surtension est positive par rapport à la tension de polarisation du substrat, la jonction drain-substrat est polarisée en inverse : la conduction du transistor peut être forçée par perçage entre drain et source ("punch-through" dans la littérature anglo-saxonne) ou par avalanche de la jonction drain-substrat : la tension au drain Vd atteint au moins 15 à 20 volts ; comme la tension de grille Vg est à zéro volt (transistor bloqué), la tension drain-grille (Vd-Vg) atteint aussi au moins 15 à 20 volts. Dans un transistor fragilisé, c'est à dire à canal court, faible dopage de drain ou faible épaisseur d'oxyde de grille, la tension de rupture de l'oxyde de grille est de ce même ordre de grandeur (15-20 volts) : le transistor (bloqué Vg = zéro volt) dont la conduction est ainsi forcée risque donc d'être détruit par rupture de l'oxyde de grille en bord de drain.
L'invention concerne un dispositif de protection des étages de sortie des circuits MOS contre de telles surtensions destructrices.
Selon l'invention, en cas de surtension sur le plot de sortie, un dispositif de protection de l'étage de sortie associé permet de diminuer la tension drain-grille, de manière à éviter le claquage de l'oxyde de grille en bord de drain. Il permet aussi de rendre passant le transistor de sortie avant le déclenchement d'une conduction forcée par avalanche ou perçage qui pourrait être destructrices.
L'invention concerne un circuit intégré MOS comportant des étages de sortie MOS, un étage de sortie ayant une entrée connectée à une sortie d'un élément de circuit et une sortie connectée à un plot de sortie du circuit intégré, dans lequel un dispositif de protection d'un étage de sortie contre des surtensions est caractérisé en ce qu'il comporte un élément de protection avec une borne d'entrée connectée à la sortie de l'étage de sortie et une borne de sortie connectée à l'entrée de l'étage de sortie pour détecter une différence de tension entre la sortie et l'entrée de l'étage de sortie supérieure en valeur absolue à une tension de seuil de déclenchement et pour imposer alors sur l'entrée de l'étage de sortie, la tension disponible sur la sortie de l'étage de sortie à une tension de seuil de déclenchement près.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, faite à titre indicatif et non limitatif de l'invention et en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif de protection d'un étage de sortie d'un circuit intégré MOS selon l'invention ; - la figure 2 est une courbe de réponse courant/tension d'un dispositif de protection selon l'invention.
La figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif de protection Epl d'un étage de sortie Esl d'un circuit intégré CI.
L'étage de sortie Esl a son entrée gl connectée à une sortie yl d'un élément 1 du circuit intégré CI et sa sortie dl connectée à un plot de sortie P1 du circuit intégré.
Dans l'exemple, l'étage de sortie est de type drain ouvert à 2 états. Il comporte un transistor MOS T1 de type N dont le drain est la sortie dl et la grille, l'entrée gl, de l'étage de sortie Esl. La source sl du transistor MOS T1 est reliée à la masse électrique (Vss) du circuit intégré CI.
Quand le transistor MOS T1 est conducteur, un canal de conduction s'établit entre le drain dl relié au plot de sortie P1 et la source sl reliée à la masse électrique du circuit. Ainsi, si l'élément 1 de circuit applique une tension positive de l'ordre de cinq volts sur l'entrée gl de l'étage de sortie Esl, le canal de conduction s'établit et impose une tension nulle sur la sortie dl de l'étage de sortie Esl.
Si l'élément 1 de circuit applique une tension négative ou nulle sur l'entrée gl, il n'y a pas de canal de conduction (transistor T1 bloqué) et la sortie dl de l'étage de sortie Esl est en haute impédance.
L'étage de sortie Esl a donc deux états possibles - un état "inactif" correspondant à une haute impédance de sortie ; - un état "actif" correspondant à une tension de sortie nulle.
Plusieurs étages de sortie Esl, Es2 peuvent être associés à un même plot de sortie P1. Un seul peut être actif à la fois et imposer zéro volt sur le plot de sortie sans perturber les autres étages de sortie qui sont en haute impédance.
Un dispositif de protection D1 d'un étage de sortie Esl selon l'invention comporte un élément de protection Epl avec une entrée A et une sortie B.
L'entrée A est reliée à la sortie dl de l'étage de sortie Esl. La sortie B est reliée à l'entrée gl de l'étage de sortie Esl. L'élément de protection Epl a un seuil positif Vs et un seuil négatif Vs' de déclenchement en tension. Pour une différence de potentiel positive à ses bornes VA-VB supérieure au seuil positif Vs, l'élément de protection impose sur sa sortie B la tension d'entrée VA moins la tension de seuil positive Vs. Pour une différence de potentiel négative VA-VB inférieure au seuil négatif Vs', l'élément de protection impose sur sa sortie B la tension VA moins la tension de seuil négative Vs'.
Un surdosage de l'agent de broyage et/ou de dispersion entraîne un surcoût dans la production de suspension affinée de carbonate de calcium.
Ainsi, la consommation d'agent de broyage et/ou de dispersion dans l'opération de broyage ne doit pas dépasser 1,2% d'agent dispersant sec par rapport au poids de carbonate de calcium sec pour l'obtention d'une suspension dont 80% des particules sont inférieures à 1 micron et de concentration en matière sèche de 76%. Les essais n06 à n010 délimitent alors les bornes de l'invention, ainsi que l'essai n013.
Ces deux critères économique et rhéologique font que les suspens ions de carbonate de calcium satisfaisant à ces conditions sont celles des essais n06 à n010 et n013, c'està-dire celles obtenues par l'utilisation comme agent de broyage d'un acide polyacrylique totalement ou partiellement neutralisé par au moins un agent de neutralisation contenant l'ion magnésium, de telle sorte que le pourcentage de neutralisation des sites acides actifs par l'ion magnésium varie entre 40% et 60%, bornes incluses, et par un agent de neutralisation disposant d'un ion monovalent pouvant neutraliser jusqu'à 60% des sites acides actifs dudit agent.
Exemple 3 Cet exemple (essais n014 - 16) concerne la préparation et le broyage de la suspens ion aqueuse du même carbonate de calcium à la même concentration de matière sèche, en présence du même acide polyacrylique de viscosité spécifique 0,54 neutralisé par différents agents de neutralisation contenant des ions polyvalents autres que le magnésium.
Ainsi, le broyage de l'essai n014 est effectué en utilisant l'acide polyacrylique précité et neutralisé par de la soude et de la chaux dans un rapport correspondant à une neutralisation des sites acides actifs à raison de 55% par le sodium - 45% par le calcium, tandis que l'essai n"15 concerne ce même acide polyacrylique neutralisé par de la soude et de l'hydroxyde de zinc dans un rapport correspondant au maximum de solubilité de l'hydroxyde de zinc, soit un rapport correspondant à une neutralisation des sites acides actifs à raison de 83% par le sodium - 17% par le zinc.
De même, l'essai n016 correspond à l'agent de broyage obtenu par neutralisation par de la soude et de l'hydroxyde d'aluminium dans un rapport correspondant au maximum de solubilité de l'hydroxyde d'aluminium, soit un rapport correspondant à une neutralisation des sites acides actifs à raison de 90% par le sodium - 10% par l'aluminium.
Viscosité Brookfield de la suspension AGENT DE BROYAGE UTILISE Essai (à 20 C en mPa.s) No. Consommation NEUTRALISATION Viscosité en agent To 8 jours Taux de groupes Cation en % sec/sec AVAG acides neutralisés neutralisant spécifique 10 T/mn 10 T/mn 14 55/45 Na/Ca 0,54 1,38 1350 5700 15 83/17 Na/Zn 0,54 1,16 1400 6200 16 90/10 Na/Al 0,54 1,08 1550 11000 7 55/45 Na/Mg 0,54 1,02 1250 3600 AVAG :Mesure de la viscosité avant agitation de la suspension La lecture du tableau 3 permet de constater que l'utilisation d'autres agents de neutralisation tels que le calcium (essai n014), le zinc (essai n015), l'aluminium (essai n016) aboutit à des suspens ions de carbonate de calcium dont la viscosité Brookfield mesurée à 10 tours par minute après 8 jours de repos, et sans agitation préalable, est supérieure à 5000 mPa.s, alors que l'usage d'un agent neutralisant tel que le magnésium conduit à une suspension de viscosité nettement inférieure à 5000 mPa.s (essai n07).
Exemple 4 Cet exemple (essais nO 17 - 19) concerne la préparation et le broyage de la suspens ion aqueuse du même carbonate de calcium à la même concentration de matière sèche, en présence du même acide polyacrylique de viscosité spécifique 0,54 neutralisé à 50% par l'ion magnésium et à 50% par différents agents de neutralisation monovalents.
Ces différents agents de neutralisation monovalents sont l'ammonium pour 11 essai n017, le lithium pour l'essai ne18, le potassium pour l'essai n"19.
La présente invention est décrite ci-après à l'aide d'un exemple de mode de réalisation permettant de constituer tridimensionnellement une image.