FR1465628A - Perfectionnements aux circuits basculeurs - Google Patents

Description

Perfectionnements aux circuits basculeurs. La présente invention concerne des perfectionne ments apportés aux circuits basculeurs et s'applique plus particulièrement à des dispositifs destinés à améliorer la vitesse de fonctionnement de tels cir cuits.

Avec le développement des unités modernes de traitement de l'information, ii est devenu indispen sable d'obtenir des circuits élémentaires de vitesse très élevée. A ce titre, de nouvelles structures de cir cuits et de nouvelles .technologies de fabrication ont été mises au point, dans lesquelles on a fait appel à des types de composants élémentaires en nombre limité, et qui puissent être obtenus en très grande série. La technologie des circuits intégrés a été développée sur cette base et permet d'obtenir à l'heure actuelle des circuits fiables n'utilisant que deux ou trois types de composants pour réaliser tous les circuits nécessaires dans la structure des cal- culateurs : blocs logiques, basculeurs, additionneurs, etc.

Les circuits basculeurs en particulier ont fait l'ob jet d'études poussées, car ii s'est avéré qu'un des facteurs limitant le plus la vitesse de fonctionne ment des unités de traitement était d'une part le temps de commutation de ces circuits et, d'autre part le temps de rétablissement après commutation. On a ainsi recherché des basculeurs dont le système de couplage permet l'obtention de temps de commuta tion plus rapide que précédemment et des systèmes permettant l'attaque de ces basculeurs par des si gnaux impulsionneis à fréquence élevée.

Dans un type connu de basculeur, l'application d'impulsions de commutation s'effectue par l'inter médiaire d'un réseau (différenciateur) comportant un condensateur monté en série sur le trajet des impulsions de commande. L'application d'une im pulsion au dispositif provoque l'apparition d'une pointe de tension qui est appliquée sur l'un des côtés du basculeur provoquant ainsi son bascule ment en fonction de son état antérieur de con- duction. L'un des problèmes posés par l'utilisation d'un tel système est qu'il faut d'une part assurer la charge rapide du condensateur au moyen d'une ten sion de valeur convenable et d'autre part, après le basculement, on doit assurer une décharge rapide et complète du condensateur de manière à permettre un fonctionnement efficace lors de l'application de l'impulsion de commutation suivante. Le système le plus généralement adopté consistait à choisir des réseaux de polarisation utilisant des résistances de manière à obtenir des constantes de temps de valeur convenable. Alors qu'un tel système a pu être utilisé efficacement avec des circuits dont la vitesse de fonc tionnement était modérée; ii a été difficile d'adopter une solution identique, lorsque la fréquence de fonctionnement des circuits a atteint plusieurs dizai nes de mégahertz. Ces vitesses sont aujourd'hui fré quemment rencontrées, et des structures particuliè res de basculeurs sont alors utilisées pour permet tre d'obtenir un fonctionnement satisfaisant.

La présente invention, due à M. Aviles, concerne des perfectionnements aux circuits basculeurs.

Le circuit basculeur selon l'invention est carac térisé en ce qu'il comporte une bascule dont la com mande s'effectue par l'application de signaux de com mutation sur l'un et l'autre côté de cette bascule, un circuit d'attaque délivrant les signaux de commuta tion et comportant un élément capacitif, et d'autres moyens couplés à chaque côté du basculeur pour assurer la charge et la décharge de l'élément capa- citif.

Les caractéristiques et avantages de la présente in vention seront mieux compris en se reportant à la description suivante d'un mode de réalisation pré féré de la présente invention qui sera faite en se référant aux figures jointes sur lesquelles La figure 1 représente un basculeur bistabie per fectionné selon la présente invention; La figure 2 représente un basculeur monostabie perfectionné selon la présente invention.

En se référant à la figure 1, le basculeur, selon l'invention, comporte deux transistors 1 et 2 inter connectés par l'intermédiaire des transistors 3 et 4 montés- en émetteurs suiveurs. Le système est ali menté par les sources -i- V,. et - VZ et est chargé par les résistances 23 et 24 d'une part et 25 et 26 d'autre part. L'ensemble constitue un circuit bascu leur présentant deux états stables de conduction re présentant les conditions binaires I et 0. Dans l'un de ces états, le transistor 1 est passant alors que le transistor 2 est bloqué, et dans l'état opposé le transistor 2 est passant alors que le transistor 1 est bloqué.

L'état stable du circuit est déterminé par l'appli cation de signaux -de commande qui sont appliqués sur l'un ou l'autre des côtés du circuit par l'inter médiaire du circuit de commande constitué par les transistors 13, 14, le condensateur 17 et les tran sistors 5 et 6, d'une part, et par les transistors 15, 16, le condensateur 18 et les transistors 7, 8 d'autre part. Des résistances de charge et de polari sation sont connectées d'une manière classique aux divers éléments du circuit.

Le rôle joué par le condensateur 17 (ou 18) dans le fonctionnement du circuit va à présent être analy sé plus en détail sans tenir compte -de la pré sence des transistors 9 et 10. La modification de l'état de conduction du basculeur est provoquée par l'application sur l'un ou l'autre des trajets de cou plage d'une impulsion dont l'amplitude et la polarité sont convenablement choisies en fonction des caractéristiques de fonctionnement du circuit .bascu leur. Etant donné que le trajet de couplage des deux transistors 1 et 2 comporte uniquement un éta ge émetteur suiveur, le temps interne de commuta tion peut être considéré comme très bref. Ii s'agit donc d'obtenir une impulsion de commutation de très faible durée. Cette impulsion peut être obtenue par application d'un signai impulsionnei à l'un des transistors d'entrée 13 ou 14, signal qui, issu de l'é- metteur de l'un de ces transistors, va être diffé rencié par le condensateur 17, la pointe de tension résultante provoquant la commutation du transistor 5 qui va alors imposer un état de conduction donné au couplage entre le collecteur du transistor 1 et la base du transistor 3. On doit s'assurer que le con densateur est complètement déchargé afin d'éviter que fa- charge parasite subsistant dans ce condensa teur n'altère pas les conditions de fonctionnement du circuit, en particulier ne modifie pas la tension sur le trajet de couplage du basculeur qui est alors établi dans son état actif. Un autre élément qui apparaît lorsque l'on étudie le fonctionnement de ce circuit est que le condensateur doit présenter une charge suffisante lorsque l'impulsion de déclenchement ap paraît, de manière à obtenir un signal de commu tation dont l'amplitude soit suffisante. Ii faut égaie ment que la constante de temps de charge soit faible de manière à ce que le condensateur atteigne sa charge maxima le plus vite possible afin que l'ap parition des deux signaux de déclenchement séparés par un temps très court puisse être possible sans mo dification appréciable du signal transmis à la bas cule.

Conformément à un mode de réalisation de la présente invention, ces deux fonctions de charge et de décharge rapide du condensateur d'attaque sont réalisées à partir des états de conduction du cir cuit basculeur qui conditionnent le fonctionnement d'éléments de commutation combinés aux bornes du condensateur. Dans l'exemple décrit à propos de la figure 1, les deux transistors 9 et 10 d'une part, et Il et 12 d'autre part, sont montés aux bornes des condensateurs d'attaque 17 et 18. Seul le fonction nement d'un des circuits va à présent être décrit étant entendu que le fonctionnement de l'autre peut âtre décrit d'une manière identique.

La base du transistor 9 est attaquée par le signai issu de l'émetteur du transistor 3, alors que la base du transistor 10 est attaquée, à travers une résis tance 29, par le signal issu de l'émetteur du tran sistor 4.

En supposant le condensateur initialement char gé, un signal appliqué à la base du transistor 13 ou 14 (formant un circuit conditionneur d'entrée) va être transmis par le condensateur à la base du transistor 5 rendant alors ce transistor conduc teur, ce qui a pour effet d'amener le --transistor 3 au niveau bas qui, à son tour par le signal apparais sant sur son émetteur, bloque le transistor 2 et met le transistor 9 â son état de faible conduction. Un signai positif est alors transmis à la base du @tran- sistor 4 qui est retransmis vers les transistors 1 et 10. L'état de conduction du basculeur est alors in versé et les transistors 9 et 10 sont alors respective ment faiblement passants et conducteurs. Le transis tor 10 permet donc au condensateur 17 de se dé charger -dans un circuit à basse impédance et donc la décharge du condensateur s'effectue dans un temps très bref.

Lorsque le système est ramené à son état de sta bilité initial, par l'application d'une impulsion -de ré tablissement sur le côté opposé du basculeur (par le transistor 7) les états de conduction des transistors 9 et IO sont inversés et à présent le condensateur 17 est chargé par l'intermédiaire du .transistor 9 rece vant un signai positif sur sa base par l'intermé diaire de l'émetteur du transistor 3.

Le circuit que l'on vient de décrire est donc par ticulièrement bien adapté à un fonctionnement à grande vitesse et présente d'autre part l'avantage considérable de pouvoir être réalisé sous forme d'un circuit intégré puisqu'il ne comporte que des transis tors, des résistances et des condensateurs de faibles valeurs.

Une autre forme d'application des principes de base de la présente invention peut être mise en évi dence en se référant à la figure 2 où est repré senté un circuit basculeur monostabie et son circuit de commande.

Les éléments de cette figure qui correspondent aux mêmes éléments de la figure 1 portent les mêmes références affectées de l'indice '. On retrouve dans cette structure les quatre transistors l', 2', 3', 4' à couplage croisé, les émetteurs des transistors l' et 2' étant réunis par un condensateur C mis en parallèle avec une diode D. Les transistors 9', 10', 13' rem plissent ici des fonctions analogues aux transistors 9, 10, 13 de la figure 1. Le condensateur d'at taque 17' remplit également le même rôle et est com biné entre l'émetteur du transistor 13' et la base du transistor 5'. Les résistances 31 et 32 sont combinées ici de manière à définir d'une manière précise la ten sion à la base du transistor 5'. Les transistors 9' et 10' sont attaqués par des signaux provenant des branches opposées de la bascule monostable, et agis sant de manière similaire pour provoquer la charge et la décharge du condensateur en réponse aux états de conduction du basculeur monostabie.

De manière à définir la constante du temps du basculeur, on a connecté le condensateur C entre les émetteurs des transistors l' et 2'. La diode mise en parallèle sur le condensateur procure le décalage de tension nécessaire entre les deux branches du basculeur, de manière à assurer la stabilité de celui ci.

Le fonctionnement de l'ensemble peut être décrit de la manière suivante. Un signal de commande de basculement est appliqué au transistor d'entrée 13' et par l'intermédiaire du condensateur 17' déclen che le transistor 5' qui force le transistor l' à passer à l'état conducteur. Un signal est alors retransmis par l'émetteur du transistor 3' à la base du @tran- sistor 2' bloquant ainsi ce transistor. Le signai po sitif sur l'émetteur du transistor 2' est retransmis au transistor 4' qui provoque la conduction du @tran. sistor 10' qui décharge alors le condensateur 1T. Pendant ce temps le condensateur C se charge et, dès que la tension à ses bornes atteint une valeur suffisante, l'état de conduction du système s'inverse et l'ensemble revient à son état initial. A l'état ini tiai le transistor 9' est fortement conducteur de ma nière à assurer la charge de la capacité d'attaque d'une manière analogue à celle décrite à propos du circuit de la figure 1.

Un signai de sortie en valeur vraie et en valeur complémentaire est délivré entre les transistors 33 et 34, 35 et 36, respectivement attaqués par les si gnaux de sortie de phase opposée de la bascule.

De même qu'expliqué précédemment la structure décrite se prête d'une manière simple et directe à une réalisation sous forme d'un circuit intégré.

A titre d'exemples non limitatifs les circuits dé crits ci-dessus ont été réalisés avec des composants discrets dont les valeurs sont données ci-dessous

<I>Figure <SEP> 1</I>
<tb> R23 <SEP> - <SEP> R24 <SEP> = <SEP> 220 <SEP> <B>0</B> <SEP> R29 <SEP> - <SEP> Rso <SEP> = <SEP> 100 <SEP> S2
<tb> R27 <SEP> - <SEP> R28 <SEP> = <SEP> <B>1000 <SEP> 0</B> <SEP> Ris <SEP> - <SEP> R20 <SEP> = <SEP> 4 <SEP> 700 <SEP> S2
<tb> R26 <SEP> = <SEP> 620 <SEP> 2 <SEP> R21- <SEP> R22 <SEP> = <SEP> 680 <SEP> S2
<tb> R25 <SEP> = <SEP> 27 <SEP> <B>0</B> <SEP> C17 <SEP> - <SEP> C<B>1</B>e <SEP> = <SEP> 22 <SEP> pF
<tb> <I>Figure <SEP> 2</I>
<tb> R2s' <SEP> R2s' <SEP> R27' <SEP> Rsé <SEP> = <SEP> 1000 <SEP> 2 <SEP> R2s' <SEP> Rsô <SEP> = <SEP> 100 <SEP> S2
<tb> R2a' <SEP> R24 <SEP> = <SEP> 220 <SEP> S2
<tb> Rat <SEP> = <SEP> 4 <SEP> 700 <SEP> S2
<tb> Rsi <SEP> = <SEP> 680 <SEP> S2
<tb> Ral <SEP> = <SEP> <B>3000</B>
<tb> Rs7 <SEP> = <SEP> 100 <SEP> <B>0</B> Bien que la présente invention ait été décrite à propos d'un mode de réalisation particulier, ii reste entendu que l'on pourra y apporter toute modifica tion de forme ou de détail sans pour autant s'écar ter de son esprit et de sa portée.

Claims (1)

1. RÉSUMÉ La présente invention concerne des perfectionne ments aux circuits basculeurs. Le circuit basculeur selon l'invention est caracté risé en ce qu'il comporte une bascule dont la com mande s'effectue par l'application -de signaux de commutation sur l'un et l'autre côté de cette bas cule, un circuit d'attaque délivrant les signaux de commutation et comportant un élément capaci- tif, et d'autres moyens couplés à chaque côté du bas culeur pour assurer la charge et la décharge de l'élé ment capacitif. La présente invention présente encore les carac téristiques suivantes prises isolément ou en com binaisons 1 Le circuit basculeur comporte deux transistors interconnectés, de manière à présenter deux états stables de conduction, l'interconnexion entre chacun de ces transistors étant réalisée par l'intermédiaire d'un transistor émetteur suiveur combiné entre le collecteur d'un des transistors et la base de l'autre; 2 Le circuit basculeur tel que décrit au point 2 comportant la combinaison parallèle d'un condensa teur et d'une diode connectée entre émetteurs des deux transistors du basculeur; 3 Le circuit de commande du basculeur com porte un condensateur, relié par l'intermédiaire d'un circuit d'attaque à l'un des trajets de couplage du basculeur, et dont la charge ou la décharge est sous le contrôle -de deux éléments à impédance variable combinée entre une électrode du condensateur et une source à potentiel constant; 4 Les éléments à impédance variable sont des transistors attaqués par les signaux de sortie de la bascule et montés de manière à assurer la charge et la décharge rapide du condensateur d'attaque en fonction de l'état de la bascule; 5 Les deux- transistors sont combinés en série, l'un étant monté en émetteur suiveur et l'autre en inverseur; - 6- La charge du condensateur-. d'attaque est assu rée par la commutation à l'état fortement conduc teur -d'un transistor émetteur suiveur; 7 La- décharge du condensateur d'attaque est provoquée par le déblocage d'un transistor inver seur 8 Le transistor inverseur est combiné avec une résistance mise en parallèle sur son trajet collecteur émetteur.