Brevet FR2752318A1 — publié le 19980213

CIRCUIT INTEGRE A FONCTIONNEMENT SANS CONTACT, COMPORTANT UNE POMPE DE CHARGES La présente invention concerne un circuit intégré pouvant fonctionner sans contact au moyen d'au moins une bobine formant avec une capacité d'accord un circuit résonant accordé, et comprenant une pompe de charges à deux entrées d'horloge. Les circuit intégrés utilisés pour réaliser des cartes à puce, des étiquettes électroniques et de façon générale les circuits intégrés montés sur des support portables, comprennent pour la plupart une mémoire EEPROM (mémoire programmable et effaçable électriquement) pour enregistrer et stocker des données, ainsi qu'un circuit survolteur pour délivrer une haute tension de programmation ou d'effacement de cette mémoire. En effet, une tension de programmation ou d'effacement d'une mémoire EEPROM est typiquement de l'ordre de 15 à 20 V alors que la tension d'alimentation Vcc d'un circuit intégré n'est que de l'ordre de 3 à 5 V. Dans le domaine de la microélectronique, le mode de réalisation préféré d'un circuit survolteur est la pompe de charges, qui se prête bien à une intégration sur silicium. Le problème que pose toutefois une pompe de charges est de devoir être pilotée par des signaux d'horloge. De tels signaux doivent être fournis par un oscillateur qui présente généralement une certaine consommation de courant. Dans le cas d'un circuit intégré sans contact alimenté par induction électromagnétique et disposant de faibles ressources énergétiques, une telle consommation de courant peut n'être pas souhaitable. Avant d'aborder plus en détail ce problème technique, on va tout d'abord rappeler, pour fixer les idées, la structure classique d'une pompe de charges et l'agencement classique d'une telle pompe de charges au sein d'un circuit intégré sans contact. La pompe de charges représentée sur la figure 1 comprend une pluralité de capacités en cascade, par exemple N capacités C1 à CN. L'anode de chaque capacité C1, C2,... est reliée à l'anode de la capacité suivante C2, C3, . par l'intermédiaire de transistors MOS T1 à TN ayant leurs grilles ramenées sur leurs drains et assimilables à des diodes. En bout de chaîne, le transistor TN relie l'anode de la capacité CN à l'anode d'une capacité de stockage Chv dont la cathode est à la masse. Les cathodes des capacités de rang impair C1, C31... sont attaquées par un signal d'horloge H1 appliqué sur une entrée E1 de la pompe de charges et les cathodes des capacités de rang pair C2, C4, ... par un signal H2 appliqué sur une entrée E21 le signal H2 étant en opposition de phase avec le signal H1. Ainsi, alternativement, chaque capacité de rang impair C1, C3,... se décharge dans la capacité suivante de rang pair Ca, C4..., et chaque capacité de rang pair C2, C41... se décharge dans la capacité suivante de rang impair C31 C5,... En bout de chaîne, la capacité CN se décharge dans la capacité Chv aux bornes de laquelle on trouve une haute tension Vhv égale à (1) Vhv = N VH - (VT1 + VT2 + VT3 + ... .VTN) VT1, VT2,....VTN étant les tensions de seuil des diodes T1 à TN et VH l'amplitude des signaux H1, H2. La figure 2 représente un agencement classique de la pompe de charges 10 au sein d'un circuit intégré sans contact 20. Le circuit intégré 20 comprend une bobine L formant avec une capacité d'accord Ca un circuit résonant accordé LCa permettant au circuit intégré de recevoir par induction électromagnétique une tension alternative Va. La pompe de charges 10 est connectée par ses entrées d'horloge E1 et E2 à un oscillateur 15 commandé par un signal PGR et délivrant les signaux d'horloge H1 et H2. L'oscillateur 15 reçoit une tension d'alimentation Vcc d'un pont redresseur Pd à diodes ou à transistors recevant en entrée la tension induite alternative Va et comportant à sa sortie une capacité de filtrage Cf. La capacité d'accord Ca est généralement une capacité ajustable, et est ajustée de manière que la fréquence de résonance du circuit LCa soit aussi proche que possible de la fréquence d'oscillation du champ magnétique dans lequel le circuit intégré 20 est destiné à fonctionner. Comme représenté sur la figure 2, la capacité d'accord Ca est par exemple constituée de plusieurs capacités Ca1 à Can en parallèle, les pistes métalliques assurant la connexion de certaines capacités ayant été sectionnées au moment de l'ajustage. La figure 3 illustre un exemple classique de réalisation de l'oscillateur 15 faisant intervenir un nombre impair de portes inverseuses disposées en série, ici trois portes I1, I2, I3. La sortie de la dernière porte I3 est ramenée sur l'entrée de la première porte I1 par l'intermédiaire d'une porte ET référencée Al commandée par le signal PGR. Le signal H1 est par exemple prélevé à la sortie de la dernière porte I3 et le signal inverse H2 délivré par une quatrième porte inverseuse I4. Ainsi, lorsqu'unie opération d'écriture ou d'effacement d'une mémoire EEPROM (non représentée) doit être réalisée, le signal PGR est mis à 1, la porte Al devient transparente, l'oscillateur 15 démarre et la pompe de charges 10 est activée. Comme évoqué plus haut, le fonctionnement de l'oscillateur 15 entraîne une consommation de courant non négligeable du fait de la commutation rapide des diverses portes inverseuses. Au démarrage d'une opération de programmation ou d'effacement, quand le signal PGR est mis à 1, cette consommation s'ajoute à celle de la pompe de charges 10 qui doit assurer la charge de la capacité de stockage Chv. De plus, dans une application du type carte à puce sans contact ou étiquette électronique, une telle opération de programmation ou d'effacement peut être déclenchée à tout instant par le circuit intégré 20, par exemple à un instant où les conditions de réception de la tension Va par la bobine L sont mauvaises. Ainsi, si l'énergie reçue par la bobine L est trop faible, la tension d'alimentation Vcc peut s'affaisser en provoquant l'arrêt du fonctionnement du circuit intégré. Il est donc souhaitable, dans un circuit intégré sans contact, de limiter autant que possible la consommation de courant pendant les périodes de génération de la haute tension Vhv. Dans l'état de la technique, on connaît aussi une méthode consistant à activer directement la pompe de charges 10 au moyen des alternances positives et négatives Val, Va2 de la tension Va, présentes aux bornes de la bobine L. Cette méthode, illustrée par la figure 4, consiste à connecter les deux bornes de la bobine L aux deux entrées E1 et E2 de la pompe de charges par llintermédiaire de deux interrupteur 16, 17 commandés par le signal de programmation PGR. Quand le signal PGR est à 1, les interrupteurs 16, 17 sont fermés et les alternances Val et Va2 envoyées directement dans la pompe de charges 10 en tant que signaux d'activation H1 et 112. Toutefois, la demanderesse a constaté que cette méthode, bien que permettant la suppression de l'oscillateur 15, présente l'inconvénient de désaccorder le circuit résonant LCa. En effet, si l'on se reporte au schéma de la figure 1, une pompe de charges vue de ses entrées E1 et E2 est l'équivalent d'une capacité CE de valeur (2) CE = N C/2 N étant le nombre d'étages de la pompe de charges et C la valeur des capacités C1, C21... CN de chaque étage. En conséquence, sur la figure 4, lorsque le signal PGR passe à 1 et que la pompe de charges 10 se trouve connectée à la bobine L, le circuit LCa se désaccorde de la valeur de la capacité CE et la réception de l'énergie se fait dans de plus mauvaises conditions, de sorte que, finalement, l'on perd ce que l'on a gagné en supprimant l'oscillateur 15. La présente invention vise à pallier cet inconvénient. Plus particulièrement, la présente invention a pour objectif de permettre l'activation directe d'une pompe de charges au moyen d'une bobine d'un circuit résonant sans toutefois désaccorder le circuit résonant. Pour atteindre cet objectif, la présente invention repose sur l'idée simple mais non moins inventive de connecter en permanence la pompe de charges à la bobine, de manière que la capacité d'entrée de la pompe de charges fasse partie intégrante de la capacité d'accord du circuit résonant, le circuit résonant étant accordé en tenant compte de la capacité d'entrée de la pompe de charges. Plus particulièrement, la présente invention prévoit un circuit intégré pouvant fonctionner sans contact au moyen d'au moins une bobine formant avec une capacité d'accord un circuit résonant accordé, comprenant une pompe de charges à deux entrées d'horloge, dans lequel, au moins pendant des périodes de fonctionnement sans contact du circuit intégré, les entrées d'horloge de la pompe de charges sont connectées en permanence aux bornes de la bobine. Ainsi, la pompe de charges vue de ses entrées d'horloge constitue une composante permanente de la capacité d'accord du circuit résonant accordé. Selon un mode de réalisation, les entrées d'horloge de la pompe de charges sont directement connectées aux bornes de la bobine. Selon un mode de réalisation, les entrées d'horloge de la pompe de charges sont connectées aux bornes de la bobine par l'intermédiaire de premiers interrupteurs commandés à la fermeture au moins pendant des périodes de fonctionnement sans contact du circuit intégré. Par exemple, quand le circuit intégré présente deux modes de fonctionnement, avec ou sans contact, les premiers interrupteurs sont commandés par un signal représentatif du mode de fonctionnement.du circuit intégré. Dans ce cas, selon un mode de réalisation, les entrées d'horloge de la pompe de charges sont en outre connectées aux sorties d'un oscillateur par l'intermédiaire de seconds interrupteurs. La présente invention concerne également un circuit intégré selon l'invention, monté sur un support portable. La présente invention concerne notamment une carte à puce comportant un tel circuit intégré. Ces caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détails dans la description suivante d'un circuit intégré à fonctionnement sans contact et d'un circuit intégré à fonctionnement mixte avec ou sans contact selon l'invention, en relation avec les figures jointes parmi lesquelles - la figure précédemment décrite est le schéma électrique d'une pompe de charge, - la figure 2 précédemment décrite illustre un agencement classique d'une pompe de charges dans un circuit intégré fonctionnant sans contact, - la figure 3 précédemment décrite est le schéma électrique d'un oscillateur, - la figure 4 précédemment décrite illustre un autre agencement classique d'une pompe de charges dans un circuit intégré fonctionnant sans contact, - la figure 5 représente un agencement selon l'invention d'une pompe de charges dans un circuit intégré fonctionnant sans contact, - la figure 6 représente le circuit équivalent d'un circuit résonant accordé présent dans le circuit intégré de la figure 5, - la figure 7 représente un agencement selon l'invention d'une pompe de charges dans un circuit intégré à fonctionnement mixte, avec ou sans contact. La figure 5 représente un agencement selon l'invention, au sein d'un circuit intégré 30 fonctionnant sans contact, de la pompe de charges 10 déjà décrite au préambule. On retrouve dans le circuit 30 la bobine L, la capacité ajustée Ca et le pont redresseur Pd déjà décrits. Selon l'invention, les entrées d'activation E1 et E2 de la pompe de charges 10 sont directement connectées aux deux bornes de la bobine L et reçoivent en permanence les alternances Val, Va2 de la tension alternative Va, lorsque celle-ci est présente. La pompe de charges 10 est alors active en permanence et la capacité Chv de stockage de la haute tension Vhv toujours chargée. L'avantage de l'invention apparaît sur la figure 6 qui représente le schéma électrique équivalent du circuit résonant accordé 36 du circuit intégré 30. Le circuit résonant 36 comprend la bobine L, la capacité ajustée Ca et la capacité équivalente CE de la pompe de charges 10 vue de ses entrées El et E2. La capacité CE fait ainsi partie intégrante de la capacité d'accord CA du circuit résonant, qui n'est plus égale à la capacité ajustée Ca comme dans l'art antérieur mais égale à (3) CA = Ca + CE La présente invention permet ainsi la suppression de l'oscillateur de l'art antérieur sans les désavantages liés à une commutation temporaire de la pompe de charges. Bien entendu, lors de la mise au point ou de la conception du circuit intégré selon l'invention, on tiendra compte de la valeur de la capacité CE de la pompe de charges. La présente invention rompt ainsi avec les règles habituelles du métier du domaine des circuit intégrés à contact, où les pompes de charges ne sont activées que lorsque cela est nécessaire, cest-à-dire pendant des périodes de programmation ou d'effacement d'une mémoire. De plus, l'homme de l'art pourra constater qu'en définitive, la méthode de l'invention n'apporte que des avantages. En particulier, le fait que la capacité haute tension Chv soit préchargée en permanence est un avantage puisque la haute tension Vhv est disponible à chaque instant sans la surconsommation classique due au démarrage de la pompe de charges. Cet avantage est particulièrement sensible quand le circuit intégré déclenche une opération de programmation ou d'effacement à un instant où il est éloigné de la source du champ magnétique (par exemple un lecteur de carte à puce sans contact), et que l'énergie reçue par la bobine L est très faible. Enfin, encore un autre avantage de la présente invention est que la capacité ajustée Ca peut être diminuée de la valeur CE et présente ainsi un moindre encombrement à la surface de silicium du circuit intégré. Bien entendu, le fait que la capacité Chv soit préchargée en permanence ne signifie pas qu'une opération de programmation ou d'effacement d'une mémoire est réalisée en permanence. Pour fixer les idées, on a représenté schématiquement sur la figure 5 une chaîne d'éléments classiques permettant, à partir de la tension Vhv, de programmer une mémoire 35. La haute tension Vhv est tout d'abord appliquée à un circuit régulateur 31 qui délivre une haute tension régulée Vpp choisie en fonction des caractéristiques de la mémoire 35. Ensuite, la tension Vpp est envoyée dans un circuit de mise en forme 32, généralement un circuit générateur de rampe, qui permet d'appliquer progressivement la tension Vpp à la mémoire 35. Enfin la rampe de tension Vpp est appliquée à la mémoire 35 par l'intermédiaire d'interrupteurs haute tension 33 et de circuits décodeurs d'adresse 34 permettant de sélectionner les zones à programmer ou effacer. Pour que la mémoire 35 soit programmée ou effacée, il faut ainsi que 11 ensemble de ces éléments soient activés. La figure 7 illustre l'application de la présente invention à un circuit intégré 40 à deux modes de fonctionnement, avec ou sans contact. Outre les éléments déjà décrits, le circuit intégré 40 comprend divers plots de contact pl, p2,...pi, notamment un plot d'alimentation pl pour recevoir une tension d'alimentation Vcc2 et un plot de masse p2. Les entrées E1, E2 de la pompe de charges 10 sont maintenant connectées aux bornes de la bobine L par l'intermédiaire de deux interrupteurs 41, 42 et aux sorties H1, H2 d'un oscillateur 43 par l'intermédiaire de deux autres interrupteurs 44, 45. Selon l'invention, les interrupteurs 41, 42 sont commandés par un signal CTL représentatif du mode de fonctionnement, avec ou sans contact, du circuit intégré. Les interrupteurs 44, 45 sont par exemple commandés par un signal inverse /CTL. Quand le circuit intégré 40 fonctionne dans le mode sans contact, le signal CTL est à 1 et le signal /CTL à 0. Les interrupteurs 41, 42 sont fermés, les interrupteurs 44, 45 sont ouverts et la pompe de charges 10 se trouve connectée en permanence aux bornes de la bobine L. Inversement, quand le signal CTL est à O et le signal /CTL à 1, les interrupteurs 41, 42 sont ouverts et les interrupteurs 44, 45 fermés. Le circuit intégré 40 fonctionne comme un circuit intégré à contact classique. Notamment, l'oscillateur 43 peut être activé temporairement au moyen dlun signal PGR. Le signal CTL permettant la discrimination du mode de fonctionnement du circuit intégré 40 peut être généré de diverses manières, par exemple au moyen d'une détection de la présence de la tension d'alimentation Vcc2 sur le plot pl, d'une détection de la présence de la tension Va sur la bobine L ou encore une détection de la présence de la tension Vcc à la sortie du pont redresseur Pd. Il apparaîtra clairement à l'homme de l'art que la présente invention est susceptible de nombreuses variantes, modes de réalisation et perfectionnements. Ainsi, selon une variante, la fermeture des interrupteurs 44, 45 en mode contact n'est pas déclenchée par le signal /CTL mais par un signal temporaire et spécifique aux opérations de programmation ou d'effacement, par exemple le signal PGR. Inversement, selon une autre variante, l'oscillateur 43 est activé en permanence en mode contact de manière que la capacité Chv soit préchargée si le circuit intégré 40 bascule brutalement du mode contact au mode sans contact. Par ailleurs, pour augmenter la puissance de la pompe de charges 10, celle-ci peut être alimentée par une tension V par l'intermédiaire d'un transistor-diode Tot comme représenté en traits pointillés sur la figure 1. La tension V peut par exemple être la tension Vcc fournie par le pont redresseur Pd ou la tension Vcc2 fournie par le plot pl. Enfin, il est bien évident que, dans la présente demande et dans les revendications, le terme "pompe de charges" ne désigne pas uniquement le circuit représenté sur la figure 1 mais désigne de façon générale tout circuit survolteur qui, vu de ses entrées d'activation, peut être assimilé à une capacité. Egalement, bien que le problème que résout la présente invention ait été présenté comme relatif aux circuits intégrés comportant une mémoire EEPROM, il est bien évident que la présente invention est susceptible de s'appliquer à tout circuit intégré comportant une pompe de charges, quelle que soit la fonction de la pompe de charges dans le circuit intégré. Egalement, bien que l'on ait indiqué précédemment que l'accord du circuit résonant pouvait être obtenu par ajustage de la capacité Ca, il est bien évident que le circuit résonant peut être accordé au stade de la conception du circuit intégré si les tolérances de fabrication le permettent. Dans ce cas, selon la fréquence de résonance recherchée, la capacité Ca pourrait s'avérer inutile de sorte que seule la capacité d'entrée CE de la pompe de charges constituerait la capacité d'accord CA du circuit résonant. En pratique, la capacité d'entrée CE de la pompe de charges représentera ainsi tout ou partie de la capacité d'accord C. REVENDICATIONS 1. Circuit intégré (30, 40) pouvant fonctionner sans contact au moyen d'au moins une bobine (L) formant avec une capacité d'accord (CA) un circuit résonant accordé (36), comprenant une pompe de charges (10) à deux entrées d'horloge (E1, E2) , caractérisé en ce que, au moins pendant des périodes de fonctionnement sans contact du circuit intégré, les entrées d'horloge (El, E2) de la pompe de charges (10) sont connectées en permanence aux bornes de la bobine (L). 2. Circuit intégré (30) selon la revendication 1, dans lequel les entrées d'horloge (E1, E2) de la pompe de charges (10) sont directement connectées aux bornes de la bobine (L). 3. Circuit intégré (30, 40) selon la revendication 1, dans lequel les entrées d'horloge (E1, E2) de la pompe de charges (10) sont connectées aux bornes de la bobine (L) par l'intermédiaire de premiers interrupteurs (41, 42) commandés (CTL) à la fermeture au moins pendant des périodes de fonctionnement sans contact du circuit intégré. 4. Circuit intégré (40) selon la revendication 3, à deux modes de fonctionnement, avec ou sans contact, dans lequel lesdits premiers interrupteurs (41, 42) sont commandés par un signal (CTL) représentatif du mode de fonctionnement du circuit intégré. 5.. Circuit intégré selon la revendication 4, dans lequel:. les entrées d'horloge (E1, E2) de la pompe de charges (10) sont en outre connectées aux sorties (H1, H2) d'un oscillateur (43) par l'intermédiaire de seconds interrupteurs (44, 45) 6. Circuit intégré selon la revendication 5, dans lequel lesdits seconds interrupteurs (44, 45) sont commandés à la fermeture pendant les périodes de fonctionnement avec contact du circuit intégré. 7. Circuit intégré selon l'une des revendication 5 et 6, dans lequel lesdits seconds interrupteurs (44, 45) sont commandés par l'intermédiaire d'un signal (/CTL) représentatif du mode de fonctionnement du circuit intégré. 8. Circuit intégré selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la pompe de charges (10) comprend une pluralité de capacités (C1-CN) en cascade séparées par des diodes (T1-TN) et connectées à l'une ou l'autre des entrées d'horloge (E1, E2) de la pompe de charges. 9. Circuit intégré selon l'une des revendications précédentes, monté sur un support portable. 10. Carte à puce, comprenant un circuit intégré selon l'une des revendications 1 à 8.