Brevet FR2636180A1 — publié le 19900309

-1- La présente invention se rapporte à des puces à circuit intégré (CI) monolithique qui sont conçues de manière à cesser de fonctionner lorsque leur température dépasse une valeur maximale prédéterminée. Typiquement, dans l'art antérieur, une température limite de puce, d'environ 160'C, sert & activer un circuit de déclenchement, dont la sortie met hors circuit la puce ou bloque son fonctionnement. Ainsi, si une surcharge se produit, celle-ci a pour effet d'arrêter le fonctionnement du circuit, qui commence alors à se refroidir. Lorsque le circuit intégré est suffisamment refroidi, il est de nouveau mis sous tension et le fonctionnement normal reprend. Cependant, si la condition de surcharge persiste, la puce va de nouveau s'échauffer et elle sera de nouveau mise hors circuit. Le cycle thermique se répète donc jusqu'à ce que l'alimentation électrique du circuit soit coupée ou que la surcharge soit éliminée ou disparaisse spontanément. Dans certaines applications, un tel cycle peut se révéler préjudiciable. Par exemple, dans une application relative à un circuit de commande de moteur, un arrêt thermique aura pour effet d'arrêter le fonctionnement d'un moteur et il se peut qu'un opérateur introduise sa main dans le mécanisme. Un redémarrage inattendu pourrait alors entraÂner des conséquences désastreuses. Il est donc souhaitable, dans certains circonstances, de prévoir une fonction de verrouillage qui maintiendra la puce IC hors service jusqu'à la remise volontaire du circuit à l'état initial. Dans ce cas, un fil de sortie couplé au circuit d'arrêt thermique permet de fournir un drapeau qui signale ou indique qu'un arrêt s'est produit. Typiquement, un autre fil de sortie serait utilisé pour fournir une remise à l'état initial électrique pour la fonction d'arrêt. Il serait souhaitable d'utiliser un fil de sortie unique qui servirait à fournir à la fois l'indication et la commande de l'arrêt. Dans ce cas, le même fil de sortie peut servir à relier à l'extérieur la fonction d'arrêt thermique. Une demande de brevet parallèle déposée par Robert A. Pease, sous le numéro de série, enregistrée le et portant le titre CIRCUIT DE BLOCAGE AUX TENSIONS FAIBLES, décrit un CI dans lequel une partie des circuits -2- de la puce générateurs de chaleur peut être bloquée ou bien les fonctions desdits circuits peuvent être interrompues en réponse à une tension d'alimentation faible. Les enseignements de ladite demande de brevet sont incorporés dans les présentes par référence. L'invention a pour objet de proposer un circuit de blocage sensible à la température qui comprend une fonction de verrouillage et qui doit être remis à l'état initial afin de rétablir le fonctionnement normal. L'invention a également pour objet d'utiliser une seule broche de sortie pour fournir une indication d'une condition de température élevée, une connexion pour la désactivation du blocage ou la remise à l'état initial, ainsi qu'une connexion pour l'activation du blocage. L'invention a encore pour objet de proposer une broche de sortie apte à communiquer avec un ordinateur qui reconnaît une condition de température élevée, à commander la fonction de verrouillage pour éliminer la surcharge et à remettre le circuit à l'état initial pour qu'il puisse poursuivre son fonctionnement normal. Ces objectifs, ainsi que d'autres, sont atteints de la manière suivante. Un seul fil de sortie est relié à un plot de connexion qui est relié aux circuits de la puce IC. Le plot de connexion est relié à un circuit de limitation qui limite le potentiel positif maximal à un niveau prédéterminé. Le plot de connexion est également relié à une entrée d'un amplificateur différentiel dont l'autre entrée est raccordée à un potentiel de référence stable. Le plot de connexion est également relié à un circuit de commande qui, normalement, tire son potentiel vers le bas dans le cas d'un fonctionnement de circuit normal. Le circuit de commande est actionné à partir d'un circuit sensible à la température qui produit un courant de sortie lorsque la température de la puce dépasse la valeur nominale. Lorsque la température nominale est dépassée, le courant produit par le circuit sensible à la température actionne le circuit de commande, qui tire le plot de connexion vers le haut jusqu'à sa valeur limite. Cette action a pour effet de commuter l'amplificateur différentiel qui produit une sortie qui active un circuit de blocage lequel, à son --3-- tour, interrompt le fonctionnement des circuits de de la puce générateurs de chaleur. L'amplificateur différentiel a une seconde sortie qui verrouille le circuit de commande de manière à maintenir le plot de connexion au niveau haut. Lorsqu'il est souhaité mettre fin à la fonction de blocage, le plot de connexion peut être tiré vers le bas depuis l'extérieur, ce qui aura pour effet d'annuler le verrouillage et de mettre fin à l'action de blocage. Ceci entralne le rétablissement du fonctionnement normal du circuit. Si cela est souhaité, le plot de connexion peut être relié à un un circuit générateur de drapeaux et à des circuits externes de blocage et de remise à l'état initial. Ces éléments externes ou hors puce sont aptes à communiquer avec un ordinateur qui peut être programmé pour reconnaltre un drapeau qui signale une température de puce élevée. L'ordinateur peut alors commander un blocage, ce qui supprimera la cause de la température élevée. Il peut en outre commander le fonctionnement normal du circuit. Il apparaÂt de ce qui précède qu'un seul fil de sortie relié au plot de connexion peut fournir un drapeau de blocage ou assurer l'activation du blocage, la désactivation du blocage et la remise à l'état initial. La figure 1 est un diagramme schématique des éléments de puce à circuit intégré selon l'invention. La figure 2 est un diagramme schématique illustrant la manière dont le circuit sur puce de la figure 1 communique avec les éléments externes hors puce. La figure 3 est un diagramme schématique de circuits externes réalisés de manière à communiquer avec un ordinateur afin de commander le circuit de la figure 1. Le circuit de la figure 1 est alimenté à partir d'une source Vs reliée à la borne 10 (+) et à la borne 11 de terre (-). Le plot de connexion 12 constitue la borne unique servant à faire fonctionner le circuit conformément à l'invention. Un régulateur de tension 13, dconstruction conventionnelle bien connue, fournit une ligne d'alimentation VREG 14 qui est typiquement ajustée, à l'aide de moyens non représentés, sur 5,00 volts. Le régulateur 13 comprend un générateur de tension de référence conventionnel qui fournit une 263 6 180 -4- tension de référence de 1,25 volts sur la ligne 15. Les tensions VREG et VREF sont toutes deux régulées et indépendantes de la température. Le coeur du circuit est constitué par un détecteur de tempéra- ture 16 qui fonctionne de la manière décrite ci-après. Le transistor 17 produit un courant qui passe dans les résistances 18 et 19. Le générateur de tension de polarisation 20 est de préférence du type décrit dans le brevet US-A-3 930 172. La tension de polarisation au niveau de la base du transistor 17 est indépendante du potentiel de l'alimentation et fournit un courant dans le transistor 17 qui se conforme à une relation température-courant répétable bien établie. Ce courant qui passe dans la résistance 19 produit une chute de tension qui est normalement insuffisante pour mettre le transistor 21 en circuit. Le seuil de conduction du transistor 21 chute à mesure que la température augmente. Les éléments 17-21 inclusivement sont dimensionnés de sorte que, aux environs de 160 C (433'K), le courant commence à passer dans le collecteur du transistor 21 qui est relié à la terre par l'intermédiaire de la résistance 22. Ce courant va augmenter en fonction de la température. Le collecteur du transisteur 24 est relié au plot de connexion 12 et à la borne Vs 10 à travers la source de courant 25. Le transistor 26 est connecté en diode à la base du transistor 24 et est relié à la borne Vs 10 par l'intermédiaire de la source de courant 27. Ainsi, les transistors 24 et 26 forment un miroir de courant qui présentera un gain unité de courant si les transistors sont appariés. Dans des conditions normales, la source de courant 27 est rendue environ neuf fois plus importante que la source de courant 25. Par conséquent, le transistor 24 va tenter d'absorber environ neuf fois plus de courant que le courant qui lui est fourni. Le transistor 24 sera ainsi en état de saturation et va donc tirer le plot de connexion 12 vers le bas Jusqu'à un niveau égal à une petite fraction d'un volt. Les transistors 28 et 29 sont couplés ensemble pour constituer une paire différentielle recevant un courant de queue en provenance de la source 30. Lorsque le plot de connexion est au niveau bas, -5- comme décrit cidessus, et que la base du transistor 29 est à 1,25 volt, pratiquement tout le courant de la source 30 passe dans le transistor 28 jusqu'à la terre. Aucun courant ne circule dans le transistor 29. Ainsi, à des températures normales, aucun courant ne passe dans la résistance 22, et le transistor 31, qui est relié depuis la base du transistor 24 à la terre, sera non conducteur. En même temps, aucun courant ne passe dans la résistance 32 et le transistor 33 sera non conducteur. Ainsi, aucune fonction de blocage ne sera exécutée et le fonctionnement normal se poursuivra. Lorsque la température de la puce dépasse environ 160-C, et que le courant passe dans le transistor 21, pour un niveau de température donné, une partie du courant passe dans la base du transistor 31. Si la valeur béta du transistor 31 est d'environ 220 et si un microampère de courant passe dans sa base, pratiquement tout le courant de la source 27 va passer dans le collecteur du transistor 31. A ce moment, les transistors 26 et 28 seront mis hors circuit. Ensuite la source 25 tire le plot de connexion 12 vers le haut jusqu'à ce que le courant passe dans la résistance 34 et dans le transistor 35. Si la résistance 34 présente une valeur d'environ 2 Kohms et que la source 25 produit 20 microampères, le plot de connexion 12 est limité à environ 5,64 volts à 300*K. Ce niveau est supérieur à VREG de la ligne 14 de un VBE + la chute aux bornes de la résistance 34. Comme la base du transistor 29 est à 1,25 volts, l'amplificateur différentiel va commuter et le transistor 28 sera hors circuit. Ainsi, le courant de la source 30 va passer dans le transistor 29. Ce courant est réparti entre les deux collecteurs. Le courant présent au niveau du collecteur inférieur passe dans la base du transistor 31, le verrouillant ainsi en circuit. Le courant circulant dans le collecteur supérieur passe dans la base du transistor 33, le mettant ainsi en circuit. L'action du transistor 33 a pour effet de bloquer le fonctionnement des éléments principaux de dissipation de chaleur (non représentés) situés sur la puce. Cette action fait l'objet d'une description plus détaillée dans la demande de brevet portant le numéro de -6- série, deposée le comme mentionné ci-dessus. Le blocage peut être appliqué aux circuits de commande numériques associés au circuit de l'invention ou bien il peut être appliqué à d'autres circuits linéaires associés qui engendrent la chaleur de la puce. Ainsi, la puce est désactivée et restera dans cet état en raison de l'action de verrouillage même si la puce se refroidit et si le transistor 21 n'est plus conducteur. Comme le plot de connexion 12 est au niveau haut (au-dessus de 5 volts), Il peut être utilisé pour détecter la présence d'un état de blocage. Pour cette fonction, son potentiel sert de drapeau. S'il est souhaité remettre le fonctionnement du circuit à l'état initial, la tension Vs peut être supprimée momentanément, puis appliquée de nouveau. Cependant, si cela est souhaité, le plot de connexion 12 peut être relié à la terre ou bien tiré vers le bas par des moyens externes. Cette action est illustrée sur la figure 2, qui montre les raccordements externes au plot de connexion 12. Comme on peut le constater, le plot de connexion peut être raccordé à un indicateur servant à indiquer le drapeau d'arrêt. Le bouton-poussoir 37 est un moyen servant à tirer momentanément le plot de connexion 12 vers le bas pour la remise à l'état initial. Le bouton-poussoir 38 est un moyen servant à tirer le plot de connexion 12 vers le haut pour invoquer le blocage sur commande. La figure 3 fournit une illustration détaillée de moyens externes servant à la commande du plot de connexion 12. Le coeur du circuit de commande est l'ordinateur 39, qui pourrait être un microprocesseur ou un microcontrôleur, fonctionnant sous la commande d'un logiciel. Les transistors 37' et 38' remplacent les boutons-poussoirs 37 et 38 respectivement. La résistance 40 couple le plot de connexion 12 à la base du transistor 41. Ainsi, le plot de connexion 12 ne peut dépasser le potentiel de terre que d'une valeur légèrement supérieure à une VaE. Cette opération tout en fournissant un drapeau de température élevée, empêche l'invocation automatique du blocage. Le collecteur du transistor 41 comprend une résistance 42 si bien qu'il se comporte comme un inverseur. Par 263618 0 -7- conséquent, lorsque le blocage est activé, l'augmentation de potentiel au niveau du plot de connexion 12 met en circuit le transistor 41, créant ainsi un état bas du drapeau au niveau du collecteur. Le tampon inverseur 43 inverse le drapeau et le couple à l'ordinateur 39. Une fois qu'une température élevée est Indiquée, l'ordinateur peut commander l'arrêt en envoyant une commande niveau haut au transistor 38' par l'intermédiaire de la ligne 45 qui est normalement basse. Le transistor 38' tirera alors le plot de connexion 12 de manière à ce qu'il soit égal à VREF à un VSAT près. Puis, également conformément à la programmation de l'ordinateur 39, le circuit peut être mis sous tension ou remis à l'état Initial par l'envoi d'une commande niveau haut sur la ligne 44 normalement basse. Ceci aura pour effet de mettre le transistor 37' en circuit et de tirer le plot de connexion 12 vers le bas. En résumé, la figure 2 illustre la manière d'utiliser la commande manuelle pour mettre en oeuvre le fonctionnement du circuit, tandis que, sur la figure 3, l'opérateur humain est remplacé par un ordinateur qui prend des décisions de commande rationnelles. Exemple Le circuit de la figure 1 a été réalisé en faisant appel à des composants standard monolithiques au silicium à jonctions d'isolement. Les transistors NPN étaient de construction verticale à béta élevé, tandis que les transistors PNP étaient de-construction latérale conventionnelle. Les valeurs choisies pour les composants étaient comme suit: -8- __________-_________________________________________-_____ COMPOSANT VALEUR UNITES Résistance 18 1,8k ohms Résistance 19 8k ohms Résistances 22 et 32 20k ohms Source de courant 25 20 microamp-res Source de courant 27 180 microampères Source de courant 30 200 microampères à- Résistance 34 2k ohms Le circuit a fonctionné sur une gamme de tension d'alimentation de 7 à 40 volts. La tension VREG sur la ligne 14 a été ajustée à 5,00 volts et la tension VREF sur la ligne 15 était de 1,25 volt. Le circuit a fonctionné normalement à 300'K et le plot de connexion 12 se trouvait à une tension proche de zéro volt. Lors de l'augmentation de la température de la puce, on a constaté que le plot de connexion 12 était passé au niveau haut aux environs de 435 K et que le transistor était devenu saturé. Le circuit est resté verrouillé en marche jusqu'à ce que l'alimentation Vs ait été interrompue momentanément ou jusqu'à ce que le plot de connexion ait été tiré vers le bas. La présente invention a été décrite et un exemple de son fonctionnement a été expliqué en détail. A la lecture de la des=ription qui précède, l'homme de l'art appréciera les variantes et équivalences possibles qui entrent dans le cadre et l'esprit de l'invention. La portée de la présente invention n'est censée être limitée, en conséquence, que par les revendications annexées. 263618 0 REVENDICATIONS 1. Circuit d'arrêt thermique de circuit intégré destiné à réagir à une température excessive de la puce, caractérisé en ce qu'il comprend: un plot de connexion (12) de puce pour fournir un accès externe hors puce; des moyens (24) couplés audit plot de connexion pour maintenir son potential à un niveau bas pour des conditions de fonctionnement normales dans lesquelles ladite temperature de puce n'est pas excessive; des moyens (25) couplés audit plot de connexion (12) pour tirer son potentiel vers le haut lorsque ladite température excessive de puce se produit; des moyens (31,34) servant à verrouiller le potentiel dudit plot de connexion au niveau haut lorsque ladite température excessive de puce se produit; et des moyens (33) couplés audit plot de connexion pour bloquer le fonctionnement de ladite puce lorsque ledit potentiel du plot de connexion est élevé. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (13,28,29) raccordés audit plot de connexion (12) pour limiter son excursion maximale de potentiel positif à une valeur prédéterminée. 3. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit plot de connexion (12) est raccordé à une entrée d'un amplificateur différentiel (28,29) dont l'autre entrée est raccordée à une source de potentiel de référence (13) de sorte que ledit amplificateur différentiel commute d'un état à un autre lorsque le potentiel dudit plot de connexion (12) est augmenté depuis son état bas jusqu'à un niveau dépassant ladite valeur de potentiel de référence. 4. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit amplificateur différentiel (28,29) a deux sorties, dont l'une fait fonctionner lesdits moyens de verrouillage (31) et dont l'autre actionne lesdits moyens de blocage (33) du fonctionnement de ladite puce. 2636 180 -10- 5. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens externes audit circuit intégré pour indiquer l'état du potentiel au niveau dudit plot de connexion (12), des moyens (38) pour tirer vers le haut le potentiel au niveau dudit plot de connexion pour désactiver ladite puce et des moyens (37) pour tirer vers le bas le potentiel au niveau dudit plot de connexion afin de remettre le fonctionnement de ladite puce à l'état initial. 6. Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un ordinateur (39) pour commander ladite puce et en ce que lesdits moyens d'indication comprennent un premier transistor (41) dont la base est couplée audit plot de connexion au moyen d'une impédance appropriée (40) si bien que le potentiel dudit plot de connexion est limité à un niveau bas et que la conduction au niveau dudit transistor sert à fournir un drapeau informant ledit ordinateur de l'existence d'une température de puce excessive. 7. Circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un second transistor (38) raccordé audit plot de connexion et commandé par ledit ordinateur (39) pour élever le potentiel au niveau dudit plot de connexion (12) lorsque ledit ordinateur décide qu'il convient d'invoquer les conditions de blocage et un troisième transistor (37') relié audit plot de connexion et commandé par ledit ordinateur pour baisser le potentiel au niveau dudit plot de connexion (12) lorsque l'ordinateur (39) décide qu'il convient de remettre le fonctionnement de la puce à l'état initial.