Brevet FR2817414A1 — publié le 20020531

COMMUTATEUR DE TENSIONS L'invention concerne un commutateur pouvant notamment commuter des signaux analogiques ayant une amplitude égale ou supérieure à une tension d'alimentation du circuit intégré dans lequel ils sont installés. Un circuit intégré utilise parfois des tensions supérieures à la tension d'alimentation VDD globale du circuit intégré. Par exemple, dans les circuits intégrés comportant une mémoire, une haute tension est utilisée, notamment pour programmer et/ou effacer la mémoire. Un commutateur de tension est alors nécessaire pour appliquer la haute tension. Un circuit de commutation 10 connu comprend, conformément à la figure 1, deux transistors Tll, T13 de type N, deux transistors T12, T14 de type P et un inverseur Il. Les sources des transistors T12, T14 sont connectées ensemble et une tension d'alimentation VPP leur est appliquée. De même, les sources des transistors Tll, T13 sont connectées ensemble et une tension de référence GND, par exemple une masse du circuit, leur est appliquée. Les drains des transistors Tll, T12 sont connectés ensemble à la grille du transistor T14 et forment une sortie du commutateur 10, sur laquelle est produit le signal OUT. Les drains des transistors T13, T14 sont connectés ensemble à la grille du transistor T12. Enfin, un signal de commande CDE est appliqué d'une part sur la grille du transistor Tll par l'intermédiaire de l'inverseur Il et d'autre part à la grille du transistor T13. Le commutateur 10 fonctionne de la manière suivante. Lorsque le signal CDE est actif, égal à VDD dans l'exemple de la figure 1, le transistor Tll est bloqué, le transistor T13 est passant et la tension sur les drains des transistors T13, T14 est égale à GND. En conséquence la tension sur la grille du transistor T12 est nulle, T12 est passant et le signal OUT est égal à VPP. Inversement, lorsque le signal CDE est inactif, égal à GND, le transistor Tll est passant et le transistor T13 est bloqué. En conséquence, la tension sur le drain de T11 est égale à GND, de même que le signal OUT. Le circuit comprenant les transistors Tll à T14 marche bien tant que la tension VPP est faible, par exemple de l'ordre de 2,5 à 5 V. Cependant, si la tension VPP est supérieure, un tel circuit ne peut plus être utilisé car les transistors qui le constituent ne peuvent supporter des différences de tension supérieures à 5 V environ entre leur drain et leur source. De manière connue, le circuit 10 est amélioré par l'ajout des transistors T15, T17 de type N et les transistors T16, T18 de type P (représentés en pointillés sur la figure 1). Les transistors T15, T16 sont connectés en série entre les transistors Tll, T12, la source de T16 étant connectée au drain de T12, la source de T15 étant connectée au drain de Tll, les drains de T15, T16 étant connectés ensemble et formant la sortie du commutateur 10 sur laquelle sur laquelle est fourni le signal OUT. De la même façon, les transistors T17, T18 sont connectés en série entre les transistors T13, T14, la source de T18 étant connectée au drain de T14, la source de T17 étant connectée au drain de T13, les drains de T17, T18 étant connectés ensemble. Enfin, les grilles de T15, T17 sont connectées ensemble pour recevoir le signal de commande Bref1 et les grilles des transistors T16, T18 sont connectées ensemble pour recevoir le signal de commande Vref2. Les signaux de commande Vrefl, Vref2 sont choisis de sorte que leur niveau soit suffisant pour rendre passants les transistors T15, T16, T17, T18 si une tension est appliquée entre leur drain et leur source. Les transistors T15 à T18 permettent ainsi de répartir la tension appliquée entre la source de T12 et la source de Tll et/ou entre la source de T14 et la source de T13, de sorte que la différence de potentiel entre le drain et la source d'un même transistor n'excède pas 5 V. Le circuit 10 comprenant les transistors Tll à T18 permet ainsi de commuter des tensions VPP de l'ordre de 12 V, sans danger pour le circuit. Cependant un tel circuit ne peut plus être utilisé si la tension à commuter VPP est faible, par exemple égale à VDD, de l'ordre de 2,5 V. En effet, la tension qui apparaît sur le drain du transistor T14, lorsque VPP = 2,5 V et CDE est actif, n'est pas suffisante pour rendre passant le transistor T12. En conséquence, aucun courant ne circule dans la transistor T12 et le signal OUT reste égal à GND. Ainsi, les circuits de commutation connus permettent soit de commuter des tensions de forte valeur, de l'ordre de 12 V, soit de commuter des tensions de faible valeur, de l'ordre de 2,5 à 5 V. Mais un même circuit connu ne permet pas de commuter à la fois des tensions de fortes valeurs et des tensions de faibles valeurs. Un objet de l'invention est de réaliser un nouveau circuit de commutation, qui permet de commuter des signaux basse tension et/ou des signaux haute tension. Un autre but de l'invention est de réaliser un circuit de commutation rapide, consommant peu d'énergie. Dans ce but, l'invention concerne un commutateur de tensions comprenant un premier transistor, un deuxième transistor et un troisième transistor, un drain du premier transistor et un drain du deuxième transistor étant connectés ensemble pour fournir soit une tension à commuter soit une tension de référence en fonction d'un signal de commande, le signal de commande étant appliqué sur une grille du premier transistor par l'intermédiaire d'un inverseur et sur une grille du troisième transistor, la tension de référence étant appliquée sur une source du premier et du troisième transistors, et la tension à commuter étant appliquée sur la source du deuxième transistor, le commutateur étant caractérisé en ce qu'il comprend également : - un quatrième transistor dont une grille et un drain sont connectés ensemble à une grille du deuxième transistor, la tension à commuter étant appliquée sur une source du quatrième transistor. Le commutateur de l'invention fonctionne de la manière suivante. Lorsque le signal de commande est inactif, le premier transistor est passant et le commutateur fournit dans ce cas la tension de référence. Inversement, si le signal de commande est actif, le troisième transistor est passant, de même que le quatrième transistor ce dernier impose alors une tension qui rend passant le deuxième transistor. Le commutateur fournit dans ce cas la tension d'alimentation. Le commutateur de l'invention fournit ainsi soit la tension de référence soit la tension d'alimentation en fonction du signal de commande. Selon un mode de réalisation de l'invention, les drains des troisième et quatrième transistors sont connectés ensemble. Le commutateur peut alors être utilisé par exemple avec une tension de référence nulle et une tension d'alimentation de l'ordre de 2,5 à 5V. Selon un autre mode de réalisation, le commutateur comprend également un cinquième transistor dont une source est connectée au drain du quatrième transistor et dont un drain et une grille sont connectés ensemble au drain du troisième transistor. Le rôle de ce cinquième transistor est de répartir la tension entre la source du quatrième transistor et celle du troisième transistor. Le commutateur peut alors être utilisé par exemple avec une tension de référence nulle et une tension d'alimentation de l'ordre de 7 à 9 V. Selon un autre mode de réalisation, le commutateur comprend également un sixième transistor dont une source est connectée au drain du cinquième transistor et dont une grille et un drain sont connectés ensemble au drain du troisième transistor. Le sixième transistor joue un rôle similaire à celui du cinquième transistor. Il permet de répartir entre plus la tension entre la source du quatrième transistor et celle du troisième transistor. Le commutateur peut alors être utilisé par exemple avec une tension de référence nulle et une tension d'alimentation de l'ordre de 12 V Le commutateur selon l'invention est avantageusement complété par un transistor de précharge, pour appliquer la tension de référence sur le drain du quatrième transistor lorsqu'un signal de précharge actif est appliqué sur la grille du transistor de précharge. Le drain du transistor de précharge est connecté au drain du quatrième transistor, et la tension de référence est appliquée sur une source du transistor de précharge. Le transistor de précharge permet de courtcircuiter les troisième, cinquième, sixième transistors lorsque le signal de précharge est actif. Ceci est notamment intéressant lorsque la tension d'alimentation à commuter est faible. Ainsi complété, le commutateur de l'invention peut être utilisé aussi bien avec des tensions d'alimentation de fortes valeurs, qu'avec des tensions d'alimentation de faibles valeurs. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est un schéma électronique d'un circuit de commutation connu, la figure 2 est un schéma électronique d'un circuit de commutation selon l'invention, et - les figures 3a, 3b, 4a, 4b et 5a à 5c sont des chronogrammes des signaux en différents points du circuit de la figure 3. La figure 1, ayant été précédemment décrite et constituant l'état de la technique connue, elle ne sera pas détaillée ci-dessous. Un circuit de commutation 20 selon l'invention comprend, conformément à la figure 2, deux transistors T21, T23 de type N, quatre transistors T22, T24, T25, T26 de type P et un inverseur 12. Les premier et deuxième transistors T21, T22 sont connectés en série, leur drain étant connectés ensemble et formant une sortie du circuit de commutation 20 sur laquelle est fourni un signal OUT. Une tension d'alimentation VPP est appliquée sur la source de T22 et une tension de référence GND est appliquée sur la source de T21. Les quatrième, cinquième, sixième transistors T24, T25, T26 et le troisième transistor T23 sont également connectés en série, la tension VPP étant appliquée sur la source de T24 et la tension de référence GND étant appliquée sur la source de T23. Les transistors T24, T25 et T26 sont montés en diode ; la grille et le drain de T24 sont connectés ensemble à la source de T25 et à la grille de T22, la grille et le drain de T25 sont connectés ensemble à la source de T26, et la grille et le drain de T26 sont connectés ensemble au drain de T23. Enfin, un signal de commande CDE est appliqué d'une part sur la grille de T21 par l'intermédiaire de l'inverseur I2, et d'autre part sur la grille de T23. CDE est un signal logique qui prend deux valeurs. Il est par exemple actif lorsqu'il est égal à VDD, une tension d'alimentation du circuit, et inactif lorsqu'il est égal à GND. Les transistors T24, T25 et T26 sont par exemple des transistors de type MOS, qui supportent notamment une tension de l'ordre de 5 V entre leur drain et leur source, quel que soit leur état, bloqué ou passant. Ils sont de préférence choisis assez résistifs, afin de limiter la tension sur le drain du transistor T23 lorsqu'il est passant. Bien sûr, le choix de la résistance de ces transistors est fonction de la valeur de la tension VPP à commuter et du courant I qui circule dans la branche, ce courant I étant choisi le plus faible possible. Les transistors T21, T22, T23 sont de préférence de type MOS haute tension, qui supportent notamment une haute tension de l'ordre de 12 V entre leur drain et leur source lorsqu'ils sont bloqués. Le fonctionnement du circuit de commutation 20 est le suivant. Dans un exemple (figures 3a, 3b), on suppose que la tension VPP est égale à 12 V, que la tension d'alimentation VDD est égale à 2,5 V, et que la tension de référence GND est égale à 0 V. Par ailleurs, on suppose qu'initialement, le signal CDE est inactif, égal à GND. Les transistors T22 à T26 sont bloqués et le transistor T21 est passant. En conséquence, le signal OUT est égal à 0. A l'instant TO, le signal CDE devient actif, égal à VDD. Le transistor T21 se bloque et le transistor T23 devient passant. Comme le transistor T23 est passant, un courant circule dans les transistors T24 à T26 qui sont résistifs. Comme le transistor T24 est passant, la tension sur son drain et sur la grille de T22 est de l'ordre de VPP-VT. VT est une tension de seuil du transistor T24, par exemple de l'ordre de 0,65 V. Comme la tension sur la grille de T22 est inférieure à VPP mais cependant proche de VPP (elle est égale à VPP-VT), le transistor T22 est passant, un courant d'amplitude moyenne circule entre le drain et la source du transistor T22. Comme le transistor T22 est passant, le potentiel sur le drain de T22 augmente, de même que la valeur du signal OUT. Le signal OUT croît régulièrement depuis l'instant TO jusqu'à un instant Tl, où il atteint sa valeur nominale, égale à VPP. Le temps (Tl-TO) nécessaire pour obtenir un signal OUT égal à VPP = 12 V est de l'ordre de 500 ns. Le circuit 20 est ainsi un peu moins rapide que le circuit 10 de l'art antérieur, c'est-à-dire qu'il faut un temps un peu plus important pour que le signal OUT atteigne sa valeur nominale VPP. Cependant ceci n'est pas trop limitatif. Par exemple, si la tension OUT = 12 V est utilisée pour réaliser une programmation ou un effacement d'une cellule mémoire, la durée d'une telle opération est de l'ordre de 1ms, ce qui est supérieur à TU-TU = 500ns. Dans un autre exemple (figures 4a, 4b), on suppose que la tension VPP est égale à la tension d'alimentation VDD = 2,5 V et que la tension de référence GND est égale à 0 V. Le fonctionnement du circuit 20 est dans cet exemple identique à celui de l'exemple précédent. Simplement, comme la tension VPP est beaucoup plus faible, la tension VPP-VT, sur le drain du transistor T24 et sur la grille du transistor T22 lorsque le signal de commande CDE est actif, est également plus faible. En conséquence, le courant circulant entre le drain et la source du transistor T22 est plus faible et le potentiel sur son drain augmente plus lentement. Le signal OUT augmente donc plus lentement et il atteint sa valeur nominale VPP à un instant T2. Dans la pratique, le temps (T2-TO) nécessaire pour obtenir un signal OUT égal à VPP = 2,5 V est de l'ordre de 50 u. s. Si le circuit est utilisé pour lire le contenu d'une cellule mémoire, alors ce temps est prohibitif car la durée d'une étape de lecture est de l'ordre de 50 à 100 ns. Pour ce type d'application, le circuit de commutation 20 de la figure 2 peut être amélioré en ajoutant un transistor de précharge T27. Le transistor T27 est de type N, son drain est connecté au drain du transistor T24 et la tension de référence GND est appliquée sur sa source. Enfin un signal de précharge PRECH est appliqué sur sa grille. T27 est de préférence de type MOS haute tension car il doit notamment pouvoir supporter la tension VPP-VT lorsque T24 est passant. Lorsque le signal de précharge est actif, égal à VDD (instant TO, figures 5a à 5c), alors le transistor T27 est passant et la tension sur le drain de T24 et sur la grille de T22 est nulle. En conséquence, le transistor T22 est passant, un courant important circule entre sa source et son drain et le signal OUT est forcé à VPP = 2, 5 V. Lorsque le signal PRECH est inactif (instant T3), le potentiel sur le drain du transistor T24 est fixé comme précédemment par la valeur de la tension VPP et le signal de commande CDE ; ce potentiel est égal à VPP. Le rôle du transistor T27 est ainsi de courtcircuiter momentanément les transistors T23, T25, T26 afin d'obtenir rapidement la valeur nominale du signal OUT, notamment lorsque la tension VPP a une valeur faible. D'autres modifications peuvent être apportées au circuit de la figure 2, sans sortir du cadre de l'invention. Comme on l'a vu précédemment, les transistors T25, T26 sont utilisés pour répartir la tension VPP et limiter ainsi la tension sur le drain du transistor T23 notamment lorsqu'il est bloqué. Si le circuit est utilisé pour commuter uniquement des tensions VPP de faibles valeurs, par exemple comprises entre 2, 5 et 5 V, alors les transistors T25, T26 sont inutiles et peuvent être supprimés car le transistor T23 supporte aisément des tensions inférieures à 5 V. Dans ce cas, le drain de T23 et le drain de T24 sont connectés ensemble. De la même façon, si la tension VPP est de l'ordre de 7 à 9 V, alors un seul transistor, par exemple T25, suffit pour limiter la tension sur le drain de T23 lorsqu'il est bloqué, le transistor T26 peut ainsi être supprimé. Dans ce cas, le drain de T23 et le drain de T25 sont connectés ensemble. Plus généralement, le nombre de transistor montés en diode et connectés en série entre le drain de T24 et le drain de T23 est fonction de la valeur de la tension VPP à commuter et de la différence de potentiel supportée par le transistor T23 entre son drain et sa source, notamment lorsqu'il est bloqué. Comme on l'a vu précédemment, le transistor de précharge T27 est utile lorsqu'il est nécessaire de commuter, avec le même circuit 20, des tensions VPP de faible valeur, de l'ordre de 2,5 à 5 V et des tensions VPP de forte valeur, de l'ordre de 12 V. Si seules des tensions VPP de l'ordre de 2,5 à 5 V sont utilisées, alors le circuit 20 peut être réalisé simplement à partir des transistors T21 à T24. De la même façon, si seules des tensions VPP de valeurs importantes sont utilisés, alors le circuit 20 peut être réalisé à partir des transistors T21 à T25, éventuellement T26. Enfin si le circuit 20 est utilisé pour commuter à la fois des tensions VPP de faible valeur et des tensions VPP de forte valeur, alors le circuit 20 est de préférence complété par le transistor de précharge T27. Comme on l'a vu précédemment, les transistors T25, T26 sont montés en diode et sont utilisés pour limiter la tension sur le drain de T23. T25, T26 peuvent éventuellement être remplacés par des diodes jouant le même rôle. Cette solution est cependant un peu moins avantageuse car la chute de tension aux bornes d'une diode est fixe, quelle que soit la tension appliquée à ses bornes. Les transistors T25, T26 présentent au contraire une chute de tension qui est variable en fonction de la tension appliquée à leur bornes, ce qui est avantageux car ils sont justement utilisés pour limiter la tension sur le drain de T23, notamment lorsque la tension VPP est importante. Dans le même esprit, le transistor T24 pourrait être remplacé par une résistance jouant le même rôle. Cette solution est cependant un peu moins avantageuse, notamment en terme de taille du circuit. REVENDICATIONS 1. Commutateur (20) de tensions comprenant un premier transistor (T21), un deuxième transistor (T22) et un troisième transistor (T23), un drain du premier transistor (T21) et un drain du deuxième transistor (T22) étant connectés ensemble pour fournir soit une tension à commuter (VPP) soit une tension de référence (GND) en fonction d'un signal de commande (CDE), le signal de commande (CDE) étant appliqué sur une grille du premier transistor (T21) par l'intermédiaire d'un inverseur (I) et sur une grille du troisième transistor (T23), la tension de référence (GND) étant appliquée sur une source du premier (T21) et du troisième (T23) transistors, et la tension à commuter (VPP) étant appliquée sur la source du deuxième transistor (T22), le commutateur (20) étant caractérisé en ce qu'il comprend également : - un quatrième transistor (T24) dont une grille et un drain sont connectés ensemble à une grille du deuxième transistor (T22), la tension à commuter (VPP) étant appliquée sur une source du quatrième transistor (T24). 2. Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend également un cinquième transistor (T25) dont une source est connectée au drain du quatrième transistor (T24) et dont un drain et une grille sont connectés ensemble. 3. Commutateur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend également un sixième transistor (T26) dont une source est connectée au drain du cinquième transistor (T25) et dont une grille et un drain sont connectés ensemble au drain du troisième transistor (T23). 4. Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend également un transistor de précharge (T27) pour appliquer la tension de référence (GND) sur le drain du quatrième transistor (T24) lorsqu'un signal de précharge (PRECH) actif est appliqué sur la grille du transistor de précharge (T27), un drain du transistor de précharge étant connecté au drain du quatrième transistor (T24), la tension de référence (GND) étant appliquée sur une source du transistor de précharge (T27). 5. Commutateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le quatrième transistor (T24) et/ou le cinquième transistor (T25) et/ou le sixième transistor (T26) sont de type P. 6. Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier (T21) et/ou le troisième (T23) transistors sont de type N haute tension. 7. Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième transistor (T22) est de type P haute tension.