Brevet FR2648291A1 — publié le 19901214

La présente invention concerne des circuits utilisés dans des dispositifs de mémoire à semiconducteur et, plus particu- lièrement, un convertisseur de tension interne oui peut supprimer une instabilité de la tension et une quantité excessive de courant au repos puisque le nombre des étages convertisseurs de tension interne en fonctionnement est différent selon la quantité de cou- rant voulue, c'est-à-dire, une grande quantité de courant telle que dans le cas d'une source d'alimentation de déclenchement ou une faible quantité de courant telle que dans le cas d'une source 0 d'alimentation de repos. Comme les dispositifs à semiconducteur ont tendance à im- pliquer une haute densité, les dimensions des différents transistors mis en oeuvre dans le circuit deviennent de plus en plus réduites. Conformément à la tendance à la réduction des dimensions des tran- sistors, il est apparu des inconvénients en ce que la fiabilité du transistor est diminuée pour la tension de source d'alimentation classique et que la consommation d'énergie des circuits intégrés augmente. Ainsi, le convertisseur de tension interne tel que re- présenté sur la Figure 1 des dessins annexés est inclus dans le circuit intégré pour atténuer ces problèmes, mais sa consommation d'énergie est très grande et devient la cause de dégradation de la stabilité de la tension interne. Un but de la présente invention est de fournir un conver- tisseur de tension interne dans lequel un ensemble d'étages conver- tisseurs de tension interne sont disposés en parallèle pour être divisés en fonctionnement, de sorte que la consommation inutile d'énergie soit réduite dans le cas de la fourniture de la tension d'alimentation de repos et la stabilité de la tension de source d'alimentation interne soit également améliorée. Une caractéristique de la présente invention réside dans un convertisseur de tension interne inclus dans un circuit intégré à semiconducteur qui comporte un ensemble d'étages convertisseurs de tension interne connectés en parallèle incluant un oscillateur pour engendrer une onde carrée d'une fréquence spécifiée, un tampon pour commander un circuit de pompage de charges après avoir reçu 26 4 91i le signal de sortie de l'oscillateur comme signal d'entrée, un cir- cuit de puissance pour contrôler le niveau d'une tension d'alimen- tation interne par le circuit de pompage de charges, et un détec- teur pour commander le fonctionnement du tampon en détectant la tension de source interne. Ainsi, les étages convertisseurs de tension interne con- nectés en parallèle comprennent le tampon, le circuit de pompage de charges, et le circuit de puissance, resepctivement, et plus d'un étage convertisseur est commandé selon l'étage de source de tension interne. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mis en évidence dans la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la Figure 1 est un schéma fonctionnel d'un convertisseur de tension interne classique dans un circuit intégré à semiconduc- teur; la Figure 2 est un schéma fonctionnel d'un convertisseur de tension interne dans un circuit intégré à semiconducteur selon la présente invention; la Figure 3 représente un exemple de réalisation d'un convertisseur de tension interne dans un circuit intégré à semi- conducteur selon la présente invention; la Figure 4 représente un circuit de polarisation réalisé selon la présente invention; la Figure 5 est un diagramme des temps dans la présente invention; et la Figure 6 représente une tension interne du convertisseur de tension interne dans un circuit intégré à semiconducteur selon la présente invention. On va maintenant décrire plus en détail la présente in- vention en se référant aux dessins annexés. La Figure 1 représente un schéma fonctionnel d'un conver- tisseur de tension interne dans un circuit intégré à semiconducteur classique. Ce convertisseur de tension interne est réalisé dans une puce à semiconducteur. Ce convertisseur de tension interne comprend un oscillateur i réalisé avec des inverseurs ou des déclencheurs de Schmitt, un tampon 2 pour transmettre un signal engendré par l'oscillateur 1, un circuit de pompage de charges 3 pour engendrer un signal de sortie à paramètre excité en recevant le signal de sortie du tampon 2, et une partie d'alimentation 4 pour fournir une tension d'alimentation VOUT en recevant le signal de sortie de la partie à pompage de charges 3. Ce convertisseur de tension fournit le signal de sortie de l'oscillateur 1 à la partie à pompage de charges 3 par l'inter- médiaire du tampon 2 et fournit également le signal de sortie à paramètre excité de la partie à pompage de charges 3 comme tension d'alimentation VOUT par l'intermédiaire du transistor de puissance dans la partie d'alimentation 4. Ce convertisseur de tension interne fonctionne toujours sans rapport avec la tension interne et les états de fonctionnement dans la puce à semiconducteur, l'énergie inutile étant ainsi gaspillée dans le mode de repos de la puce. De plus, il n'y a pas de réaction de la tension interne vers l'étage d'entrée, de sorte que la stabilité de la tension interne est détériorée pendant une opération active. La F gure 2 est un scnéma fonctionnel du convertisseur de tension interne dans le circuit intégré à semiconducteur qui atténue les inconvénients du circuit représenté sur la Figure 1. Ce conver- tisseur de tension interne est divisé en un sous-circuit 10 et un circuit principal 20. Le sous-circuit 10 et le circuit principal 20 comprennent tous les deux les tampons 2 et 2' pour transmettre le signal de sortie de l'oscil.ateur 1, les parties à pompage de charges 3 et 3' pour engendrer le signal de sortie à paramètre excité en recevant le signal de sortie des tampons 2 et 2', et les parties d'alimentation 4 et 4' pour fournir la tension d'alimentation VOUT en recevant le signal de sortie de la partie à pompage de charges, respectivement. L'oscillateur 1 réalisé avec des inverseurs ou des déclencheurs de Schmitt est connecté aux deux tampons 2 et 2' du sous-circuit 10 et du circuit principal 20, et le noeud commun G des parties d'alimentation 4 et 4' est connecté à un détecteur 5. Le détecteur 5 fournit un signal de commande selon l'état de la tension d'alimentation de sortie VOUT au tampon 2'du circuit principal 20. Il y a un déphasage- de 180 degrés entre le signal de sortie du tampon dans le circuit principal 20 commandé par le signal de sortie du détecteur 5 et celui du tamoon dans le sous-circuit 10 non commandé par le signal de sortie du détecteur 5. Ainsi, les parties d'alimentation 4 et 4' du sous-circuit 10 et du circuit principal 20 fournissent à tour de rôle la tension d'ali- mentation. Dans ce cas, l'oscillateur 1 est connecté en commun aux tampons 2 et 2' des deux circuits 10 et 20, mais chaque oscillateur peut être utilisé indépendamment dans le sous-circuit 10 et dans le circuit principal 20. En outre, même si le convertisseur de tension interne comprend un sous-circuit 10 et un circuit principal 20, il peut être constitué de nombreux étages convertisseurs de tension en parallèle. Même si c'est le cas, un oscillateur peut être utilisé en commun ou beaucoup d'oscillateurs correspondant au nombre de convertisseurs peuvent être mis en oeuvre. Dans le convertisseur de tension interne représenté sur la Figure 2, le signal de sortie de l'oscillateur 1 est appliqué à la partie à pompage de charges 3 par l'intermédiaire du tampon 2 et le signal de sortie à paramètre excité est fourni par l'intermé- diaire de la partie d'alimentation 4 comme tension d'alimentation VOUT. Pour cela,la tension de sortie fournie par le sous-circuit est utilisée comme tension de repos. A ce moment-là, le détecteur détecte la tension de l'étage de sortie, et, si la tension d'ali- mentation VOUT est amenée à chuter brusquement dans le cas de la fourniture de la tension de déclenchement ou de la commande de la charge connectéeà l'étage de sortie, le détecteur 5 commande alors le circuit principal 20 pour fournir le courant nécessaire pour la commande de la charge. Ainsi, dans la présente invention, les dimen- sions du composant se trouvant dans le sous-circuit 10 pour fournir la tension de repos doivent être petites, alors que celles du compo- sant dans le circuit principal 20 mis en fonctionnement selon l'état de la tension interne ou des conditions de fonctionnement doivent être grandes. La Figure 3 est un schéma de circuit réalisé du conver- tisseur de tension interne dans le circuit intégré à semiconducteur. Sur la Figure 3, l'oscillateur 1 est constitué de trois inverseurs Il, I2 et I3. Cet oscillateur peut être constitué également de déclencheurs de Schmitt. L'oscillateur i engendre l'impulsion d'onde carrée. Pareillement, le tampon 2 comprend trois inverseurs I6-I8. Les parties à pompage de charges 3 et 3' comprennent des transistors à métal-oxyde-semiconducteur MOS Ml et M4 pour réaliser des conden- sateurs, et d'autres transistors M2-M3 et MS-M6, respectivement. De plus, les parties d'alimentation 4 et 4' comprennent des circuits de polarisation 7 et 7' pour limiter la tension pour une tension constante et des transistors de puissance M8 et M9, respectivement. Le détecteur 5 comprend pour renvoyer la tension de sortie VOUT du câté de l'entrée des résistances de division de tension Rl, R2 et des inverseurs I9 et IlO, et un transistor MOS M7 pour limiter le signal de sortie. De plus, une entrée d'une porte NON-ET ND4 incluse dans le tampon 2', constitué de la porte NON-ET ND4 et d'un inverseurl5,est connectéeau noeud E entre deux inverseurs I9 et 110. On va maintenant décrire en détail la présente invention ayant cette structure en se référant à la Figure 5. L'oscillateur 1 réalisé avec des inverseurs ou des déclencheurs de Schmitt fournit l'impulsion d'onde carrée d'une fréquence spécifiée à un noeud A. La tension du noeud A est appliquéeaux tampons 2 et 2', ce qui per- met de commander respectivement les parties à pompage de charges 3 et 3'. Le signal de sortie du tampon 2 est appliqué au transistor MOS M4 de condensateur, et la tension de sortie est pompée par la tension d'onde carrée dans le condensateur. Le transistor MOS M6 fournit la.tension excitée à la partie d'alimentation 4. Pareillement, le fonctionnement de l'autre partie à pompage de charges 3' est le même que celui de la partie 3. Ainsi, les par- ties d'alimentation 4 et 4' commandent les transistors MOS de puis- sance M8 et M9, en étant commandées par les circuits de polarisation 7 et 7', pour fournir la tension d'alimentation interne VOUT à la puce à semiconducteur. De plus, le détecteur 5 est connecté au noeud G pour détecter la tension VOUT et la fournir après la divi- sion faite par les résistances RI et R2. Les inverseurs I9 et 10 limitent la voie de transfert vers le noeud B du tampon 2' en dé- tectant la tension interne. Ainsi, quand la tension interne du circuit intégré baisse, le signal de niveau haut de l'inverseur I9 est appliqué à une borne d'entrée d'une porte NON-ET ND4, de sorte que la porte NON-ET ND4 fournit un signal de niveau bas. Après que ce signal ait été inversé en signal de niveau haut par l'inverseur I5, il est appliqué à la partie à pompage de charges 3' pour élever la tension d'alimentation VOUT dans l'étage de sortie. Par contre, quand la tension interne augmente, le signal d'état divisé par les résistances Ri et R2 est à un niveau haut et il est inversé en signal de niveau bas par l'inverseur I9. Ainsi, le signal de sortie de la porte NON-ET ND4 passe au niveau haut et le signal inversé par l'inverseur I5, au niveau bas, est appliqué à la partie à pompage de charges 3', ce qui arrête le fonctionne- ment de la partie à pompage de charges. De plus, le signal de niveau bas au noeud B passe au niveau haut au moyen de l'inverseur 110, ce qui bloque de façon sûre le transistor MOS M9. Pour cela, le détecteur 5 commande l'opération de marche- a:rêt du circuit principal 20 en commandant la voie de transfert du tampon 2'. Ainsi, dans le cas du mode de repos, le sous-circuit 10 agit seul pour fournir la tension d'alimentatin VOUT à l'intérieur du circuit intégré, alors que dans le cas de la source d'alimenta- tion de déclenchement, le sous-circuit 10 et le circuit principal agissent tous les deux pour fournir la tension VOUT. La Figure 4 est un schéma de circuit réalisé de la pré- sente invention, représentant la partie d'alimentation 4 connectée à l'arrière de la partie à pompage de charges 3. Le circuit de pola- risation 7 comprend des transistors MOS M14-M17 connectés en série, une résistance R3, et un transistor MOS M18. Dans le circuit de polarisation 7, la tension divisée par les transistors MOS M14-M17 agissant comme des diodes et la résistance R3, rend conducteur le transistor M18 de sorte que le circuit de polarisation 7 limite l'excès de tension au-dessus d'une tension constante spécifiée. Ainsi, la tension de sortieVOUTdu transistorMOS depuissanceM8est bloquée à environ 4 VT (o VT est une tension de seuil du transis- tor MOS), de sorte que la tension de sortie VOUT stable peut être obtenue. En utilisant ces circuits de polarisation, on peut main- tenir la tension d'alimentation interne VOUT au niveau de tension constant sans rapport avec la tension d'alimentation externe. La relation qui existe entre la tension d'alimentation externe VCC et la tension d'alimentation interne VOUT est représentée sur la Figure 6. On va maintenant décrire la relation fonctionnelle repré- sentée sur la Figure 5. Dans le cas o il est nécessaire d'avoir une grande capacité de commande comme l'indique la Figure 5(a), puisque la tension interne est inférieure au niveau de tension spécifié de la tension d'alimentation VOUT, le signal de sortie de niveau haut du détecteur 5 au noeud B valide la porte NON-ET ND4 du tampon 2', ce qui permet de commander en même temps les deux circuits de pompage de charges 3 et 3'. A ce moment-là, le transis- tor MOS M7 est bloqué. Dans ce cas, les signaux de sortie des tam- pons 2 et 2' ont un déphasage de 180 degrés entre eux, et les tran- sistors de puissance M8 et M9 des parties d'alimentation 4 et 4' sont rendus conducteurs successivement. Ainsi, la tension d'alimen- tation externe peut fournir rapidement la tension interne. Mais, dans le cas du mode de repos tel que représenté sur la Figure 5(b), le signal de sortie du détecteur 5 passe au niveau bas et invalide la porte NON-ET ND4 du tampon 2'. De plus, le transistor MOS M7 est rendu conducteur et la partie d'alimentation 4' est bloquée, de sorte que le sous-circuit 10 est le seul commandé pour réduire la consommation d'énergie. Comme on l'a mentionné plus haut, la présente invention peut empêcher une consommation inutile d'énergie et améliorer la stabilité de la tension interne en étant constituée de plusieurs étages convertisseurs de tension interne en parallèle, o le sous- circuit 10 est commandé pour fournir la tension interne dans le cas o seule la tension de repos est nécessaire, alors que le circuit principal est commandé selon l'état de la tension interne. En par- ticulier, même dans le cas d'une grande capacité de commande telle que la source d'alimentation de déclenchement, l'ensemble des étages convertisseurs de tension interne peuvent fonctionner pour maintenir rapidement le niveau constant. En outre, si la combinaison logique du signal de sortie au noeud E du détecteur 5 et du signal d'horloge de fonctionnement interne est utilisée comme signal d'horloge de commande du convertisseur de tension interne, on peut prévoir l'effet amélioré. L'invention n'est en aucune manière limitée à l'exemple de réalisation décrit ci-dessus. Différentes modifications de l'exemple de réalisation révélé ainsi que d'autres exemples de réa- lisation de l'invention seront évidents pour l'homme de l'art en se référant à la description de l'invention. Par conséquent, on considère que les revendications annexées couvriront toutes les modifications ou tous les exemples de réalisation tombant dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Convertisseur de tension interne dans un circuit inté- gré à semiconducteur, caractérisé en ce qu'il comprend: un oscillateur (1) pour engendrer un signal d'onde carrée; un sous-circuit (10) incluant un tampon (2) pour recevoir le signal d'onde carrée de l'oscillateur, un circuit de pompage de charges (3) pour engendrer un signal de sortie à paramètre excité en recevant le signal de sortie du tampon, une partie d'alimenta- tion (4) pour contrôler le signal de sortie du circuit de pompage de charges à un niveau de tension interne et fournir une tension d'alimentation; un circuit principal (20) incluant un tampon (2') pour recevoir le signal d'onde carrée de l'oscillateur (1) et un signal détecté d'un détecteur (5), un circuit de pompage de charges (3') pour engendrer un signal de sortie à paramètre excité en recevant le signal de sortie du tampon (2'), une partie d'alimentation (4') pour contrôler le signal de sortie du circuit de pompage de charges (3') à un niveau de tension interne et fournir une tension d'ali- mentation; et le détecteur (5) pour commander le fonctionnement du tam- pon (2') dans le circuit principal (20) en détectant la tension d'alimentation interne. 2. Convertisseur de tension interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit principal (20) comprend au moins un circuit principal et est connecté au sous-circuit (10) en parallèle. 3. Convertisseur de tension interne selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un oscillateur utilisé en commun (1;Il-I3), un moyen de combinaison logique (ND4) pour combiner le signal d'horloge engendré à l'intérieur dans le circuit intégré à semiconducteur avec le signal de sortie du con- vertisseur de tension interne comportant un ensemble de tampons séparés (2,2'), des parties à pompage de charges (3,3') et des parties d'alimentation (4,4'), et un moyen générateur de déphasage (I5) pour donner le déphasage de 180 degrés entre le signal de sortie du tampon (2') commandé par le moyen de combinaison logique (ND4) et le tampon (2) non commandé par le moyen de combinaison logique. 4. Convertisseur de tension interne selon l'une quelconque des revendications 1 et 3, caractérisé en ce oue le nombre d'oscil- lateurs pour fournir l'impulsion d'onde carrée au tampon est égal à celui des tampons, chaque tampon et chaque oscillateur étant mis en fonctionnement indépendammant d'un autre oscillateur et d'un autre tampon.