Brevet FR2735885A1 — publié le 19961227

Circuit générateur de tension négative du type pompe de charge comprenant un circuit de régulation. L'invention concerne un circuit générateur de tension négative du type pompe de charge comprenant un circuit de régulation. On voit actuellement se développer dans des circuits intégrés l'emploi de circuits générateurs de haute tension négative du type pompe de charge. Le brevet US - 5 077 691 décrit une telle pompe et son application pour la programmation d'une mémoire EEPROM de type flash. De manière à limiter le consommation de tels circuits, ce qui est souhaitable, et à produire une tension négative de valeur précise il apparait préférable de disposer de moyens de régulation. Ainsi, l'invention propose un circuit générateur de tension négative du type pompe de charge, fournissant sur une sortie une tension négative par pompage de charges négatives, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de régulation pour limiter la tension négative produite à une valeur minimale, ce circuit de régulation comprenant une entrée reliée à la sortie pour recevoir la tension négative, des moyens pour produire une tension dérivée représentative de la tension négative, des moyens de comparaison pour comparer la tension dérivée une tension de référence, et des moyens pour relier sélectivement son entrée à une borne d'alimentation portée à un potentiel supérieur à la tension minimale, par le biais d'une chaîne résistive, en fonction de la comparaison. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit, à lire conjointement aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement un circuit selon l'invention, et - la figure 2 représente un schéma détaillé d'une partie du circuit de la figure 1. La figure 1 représente schématiquement un circuit réalisé conformément à l'invention. Il s'agit d'un circuit générateur de tension négative du type pompe de charge comprenant un circuit de régulation de la tension négative produite. Un tel circuit permet de produire, à partir d'une tension d'alimentation VCC, une tension négative HVN, présente sur une sortie 26, de valeur absolue supérieure à la valeur de la tension d'alimentation. Le principe est de transférer des charges par pompage dans une série de capacités montées en série et isolées les unes des autres par des transistors ou des diodes. Ce pompage est piloté par des signaux de pilotage (appelés généralement phases) produits à partir d'un signal d'horloge. Ces signaux de pilotage sont habituellement au nombre de deux si les capacités sont isolées par des diodes, et de quatre si les capacités sont isolées par des transistors.On ne détaillera pas en détail la pompe de charge, les pompes de charge étant bien connues de l'homme du métier (voir par exemple le brevet US - 5 077 691). En pratique, une pompe de charge est utilisée pour alimenter un ou des circuits de type capacitif (représentés sur la figure 1 par une capacité 27 reliée à la sortie 26). Le circuit illustré sur la figure 1 comprend un oscillateur 3 produisant un signal d'horloge OSC reçu par un générateur de phases 2. Le générateur de phase produit dans l'exemple illustré quatre phases A, B, C, et D qui sont fournies à un ensemble 1 de capacités montées en série pour produire, par pompage, la tension négative HVN. Le circuit comprend un circuit de régulation 4. Ce circuit de régulation 4 reçoit la tension négative HVN sur une entrée 5, qui est reliée à la sortie 26. Il produit un signal logique ON représentatif de la valeur de la tension HVN. Le but du circuit 4 est de limiter la tension HVN à une valeur minimale, la tension produite par la pompe étant de plus en plus négative au fur et à mesure du transfert des charges négatives en sortie. En théorie, suivant le nombre de capacités que comprend une pompe, la tension produite atteint une valeur limite. Mais, au fur et à mesure du pompage, la tension produite augmente de moins en moins vite en valeur absolue. La présence d'un circuit de régulation permet de surdimensionner la pompe, c'est à dire de choisir une valeur limite supérieure en valeur absolue à celle qu'on désire produire, et de limiter la valeur de la tension produite à la valeur désirée. Cela permet de diminuer le temps nécessaire pour produire la tension désirée. On va maintenant décrire en détail le circuit 4 dont un exemple de réalisation préféré est illustré sur la figure 2. Le circuit 4 comprend des moyens de comparaison pour comparer la valeur de HVN à une tension de référence. Dans l'exemple la tension de référence est le potentiel de masse. Ces moyens de comparaison produisent le signal ON qui commande des moyens de commutation. La fonction de ces moyens de commutation est de relier l'entrée 5 (c'est à dire en pratique la sortie 26 de la pompe de charge 1) à une borne d'alimentation 25, par le biais d'une chaîne résistive. Les moyens de comparaison du circuit 4 comprennent de préférence un pont capacitif et un comparateur. Le pont capacitif comprend deux capacités 10 et 11 montées en série. La capacité 10 a son premier pôle relié à l'entrée 5. Elle a son deuxième pôle relié au premier pôle de la capacité 11. La deuxième capacité 11 a son autre pôle relié à un circuit 12 qui produit une tension REF. Ce circuit sera de préférence un circuit de type bandgap qui fournit une tension positive de référence stable en température et indépendante des variations de tension d'alimentation (tant que la tension d'alimentation VCC est supérieure à la tension REF qu'on désire, bien entendu). Par exemple, pour VCC = 5 V, on prendra REF = 1.8 V. Ce type de circuit étant bien connu de l'homme du métier, on ne le décrira pas ici par soucis de concision. Le point milieu des capacités 10 et 11, formé du deuxième pôle de la capacité 10 et du premier pôle de la capacité 11, est relié à l'entrée + d'un comparateur 13. Ce comparateur 13 a son entrée - reliée à la masse, et sa sortie fournit le signal logique ON. On supposera dans la suite de la description que les circuits sont réalisés classiquement en technologie MOS à partir d'un substrat P. Ce comparateur 13 comprend de manière classique - un premier transistor de type PMOS 14 recevant la tension d'alimentation VCC sur sa source, - un deuxième transistor de type PMOS 15 recevant la tension d'alimentation VCC sur sa source, et dont la grille de commande est reliée d'une part à son drain et d'autre part à la grille de commande du premier transistor de type PMOS 14, - un premier transistor de type NMOS 16 dont le drain est relié au premier transistor de type PMOS 14, dont la grille de commande constitue l'entrée + du comparateur, et dont la source est reliée à la masse, et - un deuxième transistor de type NMOS 17 dont le drain est relié au deuxième transistor de type PMOS 15, dont la grille de commande constitue l'entrée - du comparateur, et dont la source est reliée à la masse. Le signal ON est présent au niveau du drain du premier transistor de type NMOS 16. On choisira des valeurs de capacités 10 et 11 telles que la tension V, dite dérivée, présente sur l'entrée + du comparateur 13 soit égale à 0 Volts quand HVN est égale à la tension voulue. Tant que HVN n'a pas atteint la valeur minimale souhaitée, elle lui est supérieure et donc la tension dérivée V est supérieur à 0 volts. Le signal ON est donc à l'état haut, c'est à dire à VCC. Quand HVN atteint la valeur minimale souhaitée, le signal ON passe alors à l'état bas, c'est à dire à 0 volts. Le circuit de régulation 4 comprend un transistor de type PMOS 8 qui permet de relier sélectivement l'entrée 5 à une borne d'alimentation 25 qui reçoit la tension d'alimentation VCC. Le transistor 8 a son drain relié à l'entrée 5 et sa grille de commande reçoit le signal logique de commande ON. Sa source et son caisson sont reliés au drain d'un transistor PMOS 9. Le transistor PMOS 9 a sa source et son caisson reliés à la borne d'alimentation 25. Il reçoit une tension de polarisation REFR sur sa grille de commande. REFR sera inférieure à VCC de telle sorte que le transistor 9 se comporte comme une résistance. Tant que HVN est supérieure à la valeur souhaitée, le transistor 8 est bloqué. Quand HVN atteint la valeur souhaitée, le signal ON passe à 0 et le transistor 8 devient passant.On décharge alors l'excès de charges par le biais de la chaîne résistive (formée en l'occurrence du transistor 9) De préférence, le signal logique de commande ON a également pour fonction de mettre en marche ou d'arrêter la pompe de charge. Cela a pour effet de diminuer la consommation de la pompe. On utilise alors la décharge par le biais de la ligne résistive uniquement de façon transitoire. La figure 2 illustre un moyen pour arrêter la pompe de charge à partir du signal ON. Le générateur de phases produit des phases A, B, C et D qui cadencent le fonctionnement de la pompe. Typiquement, ces signaux commutent entre VCC et 0 quand la pompe est en marche. générateur de phase comprend un circuit 18 pour générer de manière répétitive des phases AP, BP, CP, et DP correspondant aux phases A, B, C et D nécessaires au fonctionnement de la pompe, il suffit de produire les signaux A, B, C et D à partir de quatre portes logiques ET 19, 20, 21 et 22 recevant respectivement un des signaux AP, BP, CP, DP sur une entrée et le signal ON sur l'autre entrée. Quand ON est à l'état haut, les phases A, B, C, D reproduisent les signaux AP, BP, CP, et DP. Quand ON est à l'état bas, les phases A, B, C et D sont maintenues à 0. Il ne s'agit bien sûr que d'un procédé parmi d'autres permettant d'arrêter la pompe. On pourrait tout aussi bien par exemple isoler l'ensemble 1 des capacités du générateur de phases par des interrupteurs MOS commandés par le signal ON. On pourrait aussi produire un signal OSC de valeur constante. L'utilisation de la chaîne résistive permet d'ajuster la tension présente en sortie de pompe. En effet, la tension produite n'est pas nécessairement celle théoriquement attendue. Des paramètres technologiques peuvent varier et induire un décalage de la tension de sortie. D'autre part, la tension d'alimentation peut varier, ce qui induit une variation de la tension produite en sortie de pompe. Enfin, il existe une certaine inertie entre le moment où l'ordre d'arrêter la pompe est produit et le moment où la tension produite par la pompe cesse d'évoluer. De ce fait, la tension en sortie de pompe au moment où la pompe s'arrête peut être supérieure en valeur absolue à la tension attendue en théorie. La régulation par le biais de la chaîne résistive permet d'affiner la régulation une fois le pompage arrêté. Le circuit 4 comprendra de préférence des moyens pour retarder l'arrêt de la pompe de charge. Pour ce faire, on va par exemple induire à l'aide de portes logiques un retard dans la propagation du signal ON de la faire, on va par exemple induire à laide de portes logiques un retard dans la propagation du signal ON de la sortie du comparateur 13 vers l'entrée 7 du générateur de phases. Ces portes logiques sont par exemple deux inverseurs 23 et 24 intercalés entre la sortie du comparateur 13 et l'entrée 7. Cela permet d'éviter des oscillations du signal ON qui aboutirait pratiquement à ne réguler la tension HVN que par le biais de la chaîne résistive, ce qui n'est pas le but recherché si on choisit d'arrêter le pompage pour diminuer la consommation de la pompe. REVENDICATIONS 1 - Circuit générateur de tension négative du type pompe de charge, fournissant sur une sortie (26) une tension négative (HVN) par pompage de charges négatives, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de régulation (5) pour limiter la tension négative produite à une valeur minimale, ce circuit de régulation comprenant une entrée (5) reliée à la sortie (26) pour recevoir la tension négative, des moyens (10, 11, 12) pour produire une tension dérivée (V) représentative de la tension négative (HVN) , des moyens de comparaison (13) pour comparer la tension dérivée (V) à une tension de référence, et des moyens (8) pour relier sélectivement son entrée (5) à une borne d'alimentation (25) portée à un potentiel supérieur à la tension minimale, par le biais d'une chaîne résistive (9), en fonction de la comparaison. 2 - Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de régulation (5) comprend un pont capacitif (10, 11) pour produire la tension dérivée (V). 3 - Circuit selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que les moyens de comparaison comprennent un comparateur (13) recevant sur une première entrée la tension dérivée (V), sur une deuxième entrée la tension de référence, et produisant un signal logique de commande (ON), ce signal logique de commande commandant des moyens de commutation (8) pour relier sélectivement l'entrée (5) et la borne d'alimentation (25) par le biais d'un élément résistif (9). 4 - Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de validation (19, 20, 21, 22) pour arrêter le pompage quand le signal le signal de commande (ON) passe d'un premier état logique à un second état logique. 5 - Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (24, 25) pour retarder l'arrêt du pompage quand le signal de commande (ON) passe du premier état logique au second état logique. 6 - Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de retardement de l'arrêt du pompage comprennent des portes logiques (24, 25) pour induire un retard de propagation entre la sortie du comparateur (13) et les moyens de validation (19, 20, 21, 22).