Brevet FR2625633A1 — publié le 19890707

CIlCUIT DE REMISE SOUS TENSION POUR CIRCUIT INTEGRE EN TECHNOLOGIE MOS La présente invention concerne un circuit de remise sous tension d'un circuit intégré en technologie MOS (métal, oxyde, semi-conducteur), plus particulièrement d'un circuit en technologie C-MOS (MOS complémentaire). Dans certains types de circuits intégrés, tout particulièrement ceux qui contiennent des bascules, il est important que certains points du circuit prennent un état logique bien défini lorsqu'on met le circuit sous tension après une interruption de l'alimentation. En effet, il faut éviter que des états logiques incertains ou erronés n'apparaissent durant la montée de la tension d'alimentation et ne se répercutent ensuite durant le fonctionnement du circuit. Or, l'état des noeuds d'un circuit logique ne peut véritablement prendre une valeur certaine que si la tension d'alimentation du circuit dépasse une valeur minimale. A titre d'exemple, pour un circuit logique réalisé en technologie C-MOS, cette valeur minimale est de 3 Volts. Pour une tension inférieure, les noeuds ont des potentiels variables qui dépendent plus des couplages capacitifs du circuit que de données purement logiques. D'autre part, ces potentiels peuvent différer d'un circuit à l'autre dans une fabrication en série. Pour remédier à cet inconvénient, on utilise donc un circuit de remise sous tension qui délivre une impulsion de' positionnement lorsque la tension d'alimentation a atteint une valeur suffisante pour permettre de positionner le circuit logique grâce à un cycle de fonctionnement à vide. Pour fonctionner correctement, les circuits de remise sous tension doivent répondre à un certain nombre de critères. Ils doivent être rapides pour fonctionner avec des temps de montée de l'alimentation compris entre une microseconde et une seconde. Ils doivent déclencher pour une tension supérieure à 3 Volts mais inférieure A 4,5 Volts. D'autre part, l'impulsion de déclenchement doit parvenir au circuit avant que l'alimentation ne soit stabilisée à sa valeur finale. De plus, ils doivent pouvoir fonctionner dans un environnement en température compris entre -55 C et +125 C. La présente invention a done pour but de proposer un nouveau circuit de remise sous tension qui répond aux critères mentionnés ci-dessus. Ainsi, la présente invention a pour objet un circuit de remise sous tension pour assurer le démarrage d'un circuit intégré en technologie MOS, caractérisé en ce qu'il comporte: - une borne recevant la tension d'alimentation, une borne de masse et une borne de sortie autorisant ou interdisant l'alimentation du circuit intégré, une capacité connectée entre la borne de masse et un premier noeud de circuit, capacité dont la charge est commandée par l'intermédiaire d'un premier transistor de type p connecté entre la borne recevant la tension d'alimentation et le premier noeud de circuit, - une porte inverseuse à tension de seuil modifiable dont l'entrée est connectée au premier noeud de circuit, - un inverseur connecté entre la sortie de la porte inverseuse et la borne de sortie, une source de courant reliée en série à un circuit diviseur commandant le premier transistor de type p,' et - un circuit présentant une fonction de transfert Vs = f (VE) de type inverseur, ledit circuit étant connecté entre la sortie de la porte inverseuse et la source de courant de manière à commander le fonctionnement de la source de courant. Selon un mode de réalisation préférentiel, la porte inverseuse à tension de seuil modifiable est constituée par un inverseur relié à la borne de masse par l'intermédiaire d'un deuxième transistor dont la grille est connectée en sortie du circuit diviseur. D'autre part, selon une autre caractéristique de la présente invention, il comporte de plus un troisième transistor monté en parallèle sur le deuxième transistor, la grille du troisième transistor étant reliée à la borne de sortie. Ce troisième transistor a pour effet de verrouiller le système lorsque la sortie S a basculé dans l'état autorisant l'alimentation du circuit intégré. Selon un mode de réalisation de la présente Invention, le circuit diviseur est constitué par deux transistors MOS montés en diode. De préférence, les deux transistors sont des transistors de type n présentant des tensions de seuil différentes dues à leur différence de géométrie. D'autre part, la source de courant est constituée par un transistor de type p. Conformément à la présente invention, divers modes de réalisation peuvent être utilisés pour réaliser le circuit présentant une fonction de transfert Vs = f (VE) de type inverseur. Selon un premier mode de réalisation, ce circuit peut être constitué par un simple inverseur formé, de préférence, par des transistors MOS présentant des tensions de seuil différentes et contrôlées en fonction du type de fonction de transfert à obtenir. Selon un autre mode de réalisation, ce circuit est constitué par un inverseur comportant entre un cinquième transistor de type p et un sixième transistor de type n, un transistor monté en diode, la sortie de l'inverseur étant prélevée au noeud formé entre le transistor de type p et le transistor monté en diode. Dans ce cas, le circuit présente une fonctieon anti-retour telle que la tension de sortie VS ne puisse pas revenir à zéro après un premier fonctionnement. Selon un mode de réalisation préférentiel, ledit circuit présentant une fonction de transfert Vs= f (VE) de type inverseur est constitué par le montage en série entre la borne d'alimentation et la borne de masse d'un cinquième transistor de type p, d'un transistor monté en diode et d'un sixième transistor de type n, la borne d'entrée du circuit étant connectée, par l'intermédiaire d'un septième transistor de type n dont la grille est reliée à la borne recevant l'alimentation, à la grille du cinquième transistor de type p et directement à la grille du sixième transistor de type n et la borne de sortie du circuit étant réalisée au niveau du noeud de circuit formé entre le cinquième transistor de type p et le- transistor monté en diode. Dans ce cas, la courbe de transfert présente différentes pentes. Elle comporte aussi, comme précédemment, une fonction anti-retour. D'autre part, pour positionner correctement le circuit lors du démarrage, celui-ci comporte en outre un certain nombre de capacités placées correctement en différents noeuds du circuit. De préférence, ces capacités sont constituées par des transistors MOS de type p dont les deux électrodes principales sont court-circuitées et dont la grille est reliée soit à la borne recevant l'alimentation soit à la borne de masse. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description de différents modes de réalisation faite ci-après avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels - la figure 1 est un schéma d'un mode de réalisation d'un circuit de remise sous tension conforme à la présente invention, - les figures 2, 3 et 4 sont des schémas de différents modes de réalisation du circuit présentant une fonction de transfert VS= f (VE) de type inverseur utilisé dans le circuit de la présente invention, - la figure 5 représente les fonctions de transfert VS= f (VE) pour les différents circuits des figures 2, 3 et 4, et - la figure 6 représente des diagrammes de variations de tension en fonction du temps en divers points du circuit. Pour simplifier la description, dans les différentes figures, les mêmes éléments portent les mêmes références. Comme représenté sur la figure 1, le circuit de remise sous tension conforme à la présente invention comporte une borne A recevant la tension d'alimentation extérieure, cette borne A étant reliée à tous les composants connectés normalement à la tension d'alimentation, une borne de masse M, cette borne recevant tous les composants connectés normalement à la masse, et une borne de sortie S autorisant ou interdisant l'alimentation du circuit intégré en fonction de la valeur de l'alimentation extérieure. D'autre part, le circuit comporte une capacité Cl constituée dans le mode de réalisation présenté par un transistor MOS de type n dont les deux électrodes principales, à savoir le drain et la source, sont court-circuitées. La grille de cette capacité C1 est reliée A la borne de masse M tandis que les deux électrodes principales court-circuitées sont reliées A un premier noeud de circuit 1. D'autre part, le premier noeud de circuit 1 est connecté A une des élpetrodes principales d'un premier transistor T1 de type p dont l'autre éleetrode principale est connectée A la borne A. La grille de ce transistor T1 est reliée à une des sorties d'un circuit diviseur par l'intermédiaire d'une capacité de stabilisation C2 comme cela sera expliqué plus loin. La capacité C1 est un élément essentiel du circuit de remise sous tension et présente la caractéristique de se charger de manière irréversible comme cela sera expliqué plus en détail ci-après. D'autre part, le premier noeud de circuit 1 est connecté en entrée d'une porte inverseuse à tension de seuil modifiable. Cette porte inverseuse est constituée essentiellement d'un inverseur Il proprement dit, et d'un transistor T7. De manière plus spécifique, cette porte inverseuse comporte un transistor T2 de type p dont une des électrodes principales est reliée A la borne A, son autre électrode principale est connectée à une des électrodes principales d'un transistor T3 de type n dont l'autre électrode principale est connectée en série à une des électrodes principales du transistor T7 de type p dont l'autre électrode principale est connectée à la borne M. Les grilles des transistors T2 et T3 sont reliées ensemble et connectées au premier noeud de circuit 1 tandis que la sortie de la porte inverseuse est réalisée au niveau de la connexion des transistors T2 et T3 formant un noeud de circuit 4. D'autre part, la grille du transistor T7 est reliée à une sortie du circuit diviseur formant le noeud de circuit 3. Le circuit de la présente invention comporte d'autre part, un inverseur I2 connecté par l'intermédiaire d'une capacité de stabilisation C3 au noeud 4 constituant la sortie de la porte inverseuse. Cette inverseur I2 est constitué de manière conventionnelle par un transistor T4 de type p monté en série 1i0 avec un transistor T5 de type n entre la borne A et la borne M. Les grilles des transistors T4 et T5 sont réliées ensemble et connectées au noeud 4. D'autre part, la sortie de la porte inverseuse I2 constitue la sortie S du circuit de remise sous tension. Pour réaliser le verrouillage du circuit de remise sous tension une fois délivrée l'impulsion autorisant l'alimentation du circuit intégré, la sortie S est connectée par l'intermédiaire d'une capacité de stabilisation C4 sur la grille d'un transistor T6 de type n. Le transistor T6 est monté en parallèle sur le transistor T7. D'autre part, le noeud de circuit 4 est connecté en entrée d'un circuit C présentant une fonction de transfert V = f (VE) de type inverseur. Ce circuit C reçoit la tension d'alimentation et envoie un signal de sortie sur une source de courant de manière à commander le fonctionnement de cette source de courant. Comme représenté sur la figure 1, la source de courant est constituée par un transistor T8 de type p dont une des électrodes principales est reliée à la borne A et dont l'autre électrode principale est reliée à un circuit diviseur. La grille du transistor T8 est donc reliée au noeud 5 formant la sortie du circuit C. Le circuit diviseur utilisé dans la présente invention est constitué par deux transistors MOS de type n D1, D2 montés en diode. De manière plus spécifique, les transistors D1 et D2 sont connectés en série l'un avec l'autre et avec le transistor T8 formant source de courant. D'autre part, la grille du transistor D1 est connectée au noeud 2 de circuit formé entre le transistor T8 et le transistor D1 et la grille du transistor D2 est connectée au noeud 3 de circuit formé entre les transistors D1 et D2. De plus, le noeud 2 est relié par l'intermédiaire d'une capacité de stabilisation C2 à la grille du premier transistor Ti tandis que le noeud 3 est relié directement à la grille du transistor T7. Dans le mode de réalisation représenté, les transistors D1 et D2 ont été choisis avec des tensions de seuil différentes en leur donnant des dimensions différentes, de sorte que les tensions de seuil des diodes D1 et D2 soient différentes. D'autre part, comme représenté sur la figure 1, les différentes capacités de stabilisation C2, C3 et C4 sont constituées par des transistors de type n ou de type p dont les électrodes principales sont court-circuitées et dont la grille est connectée soit À la borne A (pour les types p) soit à la borne M (pour les types n) en fonction de la tension de stabilisation A obtenir. On décrira maintenant avec référence aux figures 2,3 et 4, différents modes de réalisation qui peuvent être utilisés pour le circuit C. Selon un premier mode de réalisation représenté à la figure 2, le circuit C peut être constitué par un simple inverseur. Dans ce cas, il comportera, montés en série entre la borne A et la borne M, un transistor de type p T9 et un transistor de type n T10. Les grilles des deux transistors T9 et T10 sont reliées en commun et connectées au noeud d'entrée 4. Dans ce cas, la fonction de transfert Vs= f (VE) est représentée par la courbe 1 sur la figure 5. Ce système présente l'inconvénient d'avoir une constante de temps relativement importante. D'autre part, pour obtenir un fonctionnement correct, Il est nécessaire de choisir les tensions de seuil des transistors T9 et T10 de manière appropriée. Selon un autre mode de réalisation représenté sur la figure 3, on intercale entre le transistor T9 de type p et le transistor T10 de type n, un transistor D3 monté en diode. Dans ce cas, la sortie 5 de l'inverseur est réalisée au niveau de l'interconnexion entre le transistor T9 et la diode D3 formant le noeud 5. Avec ce circuit, la courbe de transfert est la courbe représentée avec des points et des tirets sur la figure 5. Lors de la première utilisation, la tension de sortie passe de O à 5 Volts, mais ensuite, la tension de sortie VS ne peut pas redescendre en dessous de la tension de conduction du transistor n. Elle évolue donc entre VT et 5 Volts. n Selon un mode de réalisation préférentiel, le circuit C est constitué par le circuit représenté à la figure 4. Dans ce cas, la grille du transistor T9 est reliée au noeud d'entrée 4 par l'intermédiaire d'une capacité de stabilisation C5 qui peut être omise et par l'intermédiaire d'un transistor Tll de type n. La capacité C5 est constituée par un transistor p dont les deux électrodes principales sont court-circuitées et dont la grille est reliée à la borne d'alimentation A. Les électrodes principales du condensateur C5 sont reliées à la grille T9 et à une des électrodes principales du transistor Tll dont la grille est aussi reliée à la borne d'alimentation A. Avec le circuit de la figure 4, on obtient la fonction de transfert VS = f (VE) représentée par la courbe 3 sur la figure 5. Dans ce cas, la tension Vs reste sensiblement égale à O jusqu'à ce que la tension d'entrée soit descendue jusqu'à V1. Ensuite, la tension VS grimpe très rapidement jusqu'à V'Tn, puis elle suit la courbe de transfert du circuit de la figure 3. Comnme dans le cas du système de la figure 3, il existe une fonction anti-retour et la tension de sortie Vs ne peut plus évoluer qu'entre 5 Volts et V'T. Cette tension de sortie est dans tous les cas utilisée n pour commander la source de tension réalisée par le transistor T8. Les deux derniers circuits présentent l'avantage d'avoir une pente Vs/VE relativement faible dans une certaine zone de fonctionnement, ce qui en fait un système quasi-linéaire. On expliquera maintenant avec référence à la figure 6, le fonctionnement du circuit de la figure 1 dans le cas o le circuit C est constitué par le circuit représenté à la figure 4. Sur la figure 6, on a donc représenté les courbes suivantes: - Vcc représente la variation temporelle de la tension d'alimentation extérieure appliquée sur la borne A. On suppose que cette tension croit exponentiellement jusqu'à une valeur comprise entre 4,5 Volts et 5 Volts, valeur à laquelle elle se stabilise; - V(1), V(2), V(3), V(4), V(5) et V(S) représentent les variations de tension au niveau des différents noeuds de circuit. La tension de seuil des transistors à canal p (en particulier T8 et T1) est désignée par VT et la tension de p seuil des transistors à canal n (en particulier T3, T10, Tll, T7, T6) est désignée par VTn. 1 , A la mise sous tension, le noeud 1 est à zéro, car la capacité C1 est reliée à la masse; le noeud 4 est à Vcc du fait de la capacité C3 reliée à Vcc; la sortie S est à zéro; la tension sur la grille T9 est à Vcc à cause de la capacité C5 la tension au noeud 5 est à Vcc; le transistor T8 ne conduit pas encore, ainsi la tension aux points 2 et 3 est à zéro 2 . lorsque Vcc atteint VT le transistor T8 se met à conduire, on injecte du courant dans les transistors montés en diode D1 et D2. La tension au point 2 augmente alors en suivant Vcc et la tension au point 3 se met à croitre dès que la tension de seuil du transistor Dl monté en diode est atteinte. La tension au point 3 suit la tension au point 2, selon le rapport de division donné par la tension de seuil de deux transistors montés en diode. Dés que la tension au point 2 est telle que Vce=VTp+VTDl+ VTD2,Tl se met aussi à conduire et la capacitè Cl se charge très lentement. 3 . lorsque Vcc>/ VT + VTD1 + VTD2 VTD1 et VTD2 étant les tensions de seuil des diodes, la tension au point 4 chute brutalement, comne représenté sur la figure 6, la tension au point 5 peut croître, ce qui bloque le transistor T8. On n'lnjecte donc plus de courant dans les diodes D1 et D2. La tension aux points 2 et 3 chute donc. Comme la tension au point 4 diminue, la tension au point 5 en sortie de l'inverseur I2 augmente et se met à suivre la tension Vcc. D'autre part, le transistor T7 se bloque mais le transistor T6 devient passant. La capacité C1 continue à se charger en suivant Vcc. En conséquence, le point 4 est maintenu à zéro. La commutation est donc obtenue pour Vc = + VTD1 + VT D2 qui, dans le mode de réalisation représenté à la figure 6, est choisie égale à 3 Volts. Avec ce système, il est donc possible d'obtenir une 0 commutation pour une tension Vcc comprise entre 3 Volts et 4,5 Volts. D'autre part, comme représenté sur ia figure 6, cette commutation est très rapide. Il est évident pour l'homme de l'art que le circuit de la présente invention peut être modifié notamment par l'emploi d'équivalents. l1 REVENDICATIONS 1. Circuit de remise sous tension pour assurer le démarrage d'un circuit intégré en technologie MOS, caractérisé en ce qu'il comporte - une borne (A) recevant la tension d'alimentation, une borne de masse (M) et une borne de sortie (S), autorisant ou interdisant l'alimentation du circuit intégré - une capacité (C1) connectée entre la borne de masse (M) et un premier noeud de circuit (1), capacité dont la charge est commandée par l'intermédiaire d'un premier transistor (T1) de type p connecté entre la borne A et la premier noeud de circuit (1); - une porte inverseuse (I1,T7) à tension de seuil modifiable dont l'entrée est connectée au premier noeud de circuit (1) - un inverseur (I2) connecté entre la sortie de la porte 1i inverseuse (Il, T7) et la borne de sortie S; - une source de courant (T8) reliée en série à un circuit diviseur (D1, D2) commandant le premier transistor (T1) de type p, et - un circuit (C) présentant une fonction de transfert Vs= f (VE) de type inverseur, ledit circuit (C) étant connecté entre la sortie (4) de la porte inverseuse et la source de courant (T8) de manière à commander le fonctionnement de la source de courant. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la porte inverseuse à tension de seuil modifiable est constituée par un inverseur (I1) relié. à la borne M par l'intermédiaire d'un deuxième transistor (T7) dont la grille est connnectée en sortie (3) du circuit diviseur. 3. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 et 2,' caractérisé en ce qu'il comporte de plus un troisième transistor (T6) monté en parallèle sur le deuxième transistor (T7), la grille du troisième transistor étant reliée à la borne de sortie S. 4. Circuit selon. l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit diviseur est constitué par deux transistors MOS (D1, D2) montés en diode. 5. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la source de courant est constitué par un quatrième transistor (T8) de type p. 6. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le circuit (C) présentant une fonction de transfert V = f (VE) de type inverseur est constitué par un simple inverseur (T9, T10). 7. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le circuit (C) présentant une fonction de transfert Vs = f (VE) de type inverseur est constitué par un Inverseur (T9, TIO) comportant entre un cinquième transistor (T9) de type p et un transistor (T8) de type n un transistor (D3) monté en diode, la sortie (5) de l'lnverseur étant prélevée au noeud formé entre le transistor (T9) de type p et le transistor (D3) monté en diode. 8. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le circuit (C) présentant une fonction de transfert Vs = f (VE) de type inverseur est constitué par le montage en série entre la borne A et la borne M d'un cinquième transistor (T9) de type p, d'un transistor (D3) monté en diode et d'un sixième transistor (T8) de type n, la borne d'entrée (5) du circuit étant connectée, par l'intermédiaire d'un septième transistor (Tll) de type n dont la grille est reliée à la borne A, à la grille du cinquième transistor (T9) de type p et directement à la grille du sixième transistor (T10) de type n et la borne de sortie (5) du circuit étant réalisée au niveau du noeud de circuit formé entre le cinquième transistor (T9) de type p et le transistor (D3) monté en diode. 9. Circuit selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte de plus une capacité (C5) montée en série entre le septième transistor (Tll) et la grille du cinquième transistor (T). 10. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une capacité (C2) entre une sortie (2) du circuit diviseur et le premier noeud (1) de circuit, une capacité (C3) entre la sortie (4) de. la porte inverseuse et l'entrée (E) du circuit (C) présentant une fonction de transfert VS = f (VE) de type inverseur et une capacité (C4) entre la borne de sortie (S) et la grille du 0 troisième transistor (T6). 11. Circuit selon la revendication 10, caractérisé en ce que les capacités (C2, C3, C4) sont constituées par des transistors MOS de type p ou de type n dont les deux électrodes principales sont court-circuitées et dont la grille est reliée soit à la borne A pour les transistors de type p, soit à la borne M pour les transistors de type n.