Brevet FR2830137A1 — publié le 20030328

La présente invention est relative à un générateur de haute tension réalisé en circuit intégré. Plus particulièrement, l'invention vise à créer un générateur de haute tension destiné notamment à permettre la lecture et l'écriture de données dans une mémoire EEPROM réalisée avec le générateur de haute tension sur le même circuit intégré. Les générateurs de haute tension de ce type que l'on appelle aussi"pompe de charges" (charge pump) comportent en général une série d'élévateurs de tension composés de capacités et de diodes (ou de transistors connectés en diodes) qui multiplient une tension d'entrée par un facteur donné, la tension d'entrée étant typiquement la tension d'alimentation du circuit intégré. On trouve une description d'un tel générateur de haute tension par exemple dans un article de J. F. Dickson, paru le 3 juin 1976 dans IEEE Journal Of Solid State Circuits, Vol. SC. 11, n 3. Ainsi, classiquement, à partir d'une tension d'alimentation donnée de 2 Volts, par exemple, en entrée de la pompe de charges, il est possible d'engendrer une tension de jusqu'à dix fois supérieure, si la pompe de charges comporte par exemple 14 étages. Un tel générateur à haute tension nécessite donc un circuit de structure relativement importante pour laquelle il convient de réserver de la place sur le circuit intégré. La présente invention a pour but de fournir un générateur de haute tension du type générique indiqué, qui permet d'engendrer une tension de valeur élevée à l'aide d'une pompe de charges comprenant un nombre d'étages de multiplication nettement inférieur à celui qui était nécessaire dans les réalisations de la technique antérieure. L'invention a donc pour objet un générateur de haute tension réalisé dans un circuit intégré et comprenant une pompe de charges dont la tension d'entrée est la tension d'alimentation du circuit intégré et qui est cadencée par des signaux d'horloge directs et complémentés, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour ré-injecter une fraction de la tension issue de ladite pompe de charges à l'entrée où est appliquée ladite tension d'alimentation. Grâce à ces caractéristiques, il est possible, comparativement aux générateurs de haute tension de la technique antérieure, d'obtenir une tension de valeur élevée à la sortie du générateur, avec un nombre d'étages de multiplication faible, ou en alternative, d'appliquer à l'entrée de la pompe de charges une tension de valeur nettement plus faible pour obtenir une tension élevée de valeur comparable. Le générateur selon l'invention peut également présenter l'une ou plusieurs des particularités suivantes : lesdits moyens de ré-injection comprennent un réducteur adiabatique ; le coefficient de ré-injection desdits moyens de ré-injection se situe dans la gamme allant de 0 à 1 ; le coefficient de ré-injection est égal à 0,5 ; ledit réducteur adiabatique comprend deux condensateurs et des moyens de commutation pour connecter ces condensateurs alternativement en série sur ladite tension issue de la pompe de charges, et en parallèle pour fournir ladite fraction de tension ; lesdits condensateurs sont d'égale capacité ; la fréquence de travail de ladite pompe de charges est égale à celle cadençant lesdits moyens de commutation. L'invention a également pour objet un circuit intégré comprenant un générateur de haute tension tel que défini cidessus caractérisé en ce qu'il comprend une mémoire EEPROM alimentée par ledit générateur de haute tension. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est un schéma simplifié d'un générateur de haute tension selon l'invention ; la figure 2 est un schéma de principe d'un réducteur adiabatique utilisé dans le générateur de haute tension selon l'invention ; - la figure 3 est un schéma d'implémentation possible du réducteur adiabatique ; et la figure 4 est un diagramme explicatif montrant l'allure de la tension de sortie du générateur en fonction de son courant de sortie, le diagramme comprenant notamment deux droites de charge. Sur la figure 1, on a représenté un schéma simplifié d'un générateur de haute tension GHT selon l'invention. Il est supposé être incorporé à un circuit intégré CI et, dans cet exemple, alimenter une mémoire M de type EEPROM. Bien entendu, le circuit intégré CI peut comporter d'autres unités fonctionnelles qui n'ont pas été représentées. Le générateur de haute tension GHT comporte un bloc de multiplication de tension 1 formé par une pompe de charges connue en soi, le fonctionnement de ce bloc 1 étant cadencé par des signaux d'horloge (D et (D appliqués respectivement sur des bornes 2 et 3 du bloc 1. Ceux-ci peuvent être prélevés par exemple sur une horloge générale (non représentée) du circuit intégré CI. Le bloc multiplicateur 1 est alimenté par les tensions Von et Vss qui sont également celles du circuit intégré CI. Il comprend également une borne de sortie 4, sur laquelle peut être prélevée la haute tension Vnv que l'on désire obtenir. Le bloc multiplicateur 1 peut comprendre n étages de multiplication, le nombre d'étages étant choisi en fonction de la valeur de la tension de sortie VS que l'on désire obtenir. Il peut être réalisé selon tout concept connu, par exemple celui qui est représenté à la figure 5 de l'article précité. Selon l'invention, le générateur de haute tension comprend également des moyens 5 de ré-injection d'une fraction V10 de sa tension de sortie sur une borne d'entrée 6 du bloc 1. Si le bloc 1 est réalisé conformément au circuit représenté à la figure 5 de l'article précité, cette borne 6 peut être connectée à la ligne de ce circuit sur laquelle est appliquée la tension Voo. Dans le mode de réalisation représenté, les moyens de ré-injection 5 sont formés par un circuit réducteur adiabatique, le terme adiabatique signifiant dans le présent contexte que ce réducteur ne dissipe pas d'énergie. En d'autres termes, le produit de sa tension d'entrée par son courant d'entrée est égal à celui de sa tension de sortie par son courant de sortie. Le réducteur adiabatique 5 comprend une borne d'entrée 7 sur laquelle est appliquée la tension de sortie Vu régnant sur la borne de sortie 4. Il comprend également une borne de sortie 8 sur laquelle apparaît la tension V10 qui est appliquée à la borne d'entrée 6 du bloc de multiplication 1. Le réducteur adiabatique présente un coefficient de réduction p de telle sorte que la haute tension à vide Vm produite en sortie du générateur vaut expression dans laquelle Vnvo représente la haute tension à vide du bloc multiplicateur 1 en l'absence du réducteur adiabatique 5, le coefficient p pouvant être compris entre 0 et 1. Dans ces conditions, la tension VS pourrait, théoriquement du moins, être comprise entre Vuvc et 00. Cependant, on comprend que la tension de sortie maximale pouvant être obtenue est limitée par des contingences de construction du circuit intégré CI et notamment par la tension de claquage de ses composants. La figure 2 montre un schéma de principe d'un réducteur adiabatique utilisable dans le générateur de haute tension GHT selon l'invention. Ce réducteur comprend un montage en série composé, dans l'ordre entre la borne d'entrée 7 et la masse, du parcours drain-source d'un transistor Tl, d'un premier condensateur Cl, du parcours drain-source d'un transistor T2 et d'un second condensateur C2. Entre le noeud commun du transistor Tl et du condensateur Cl et le noeud commun du transistor T2 et le condensateur C2 est connecté le parcours drain-source d'un troisième transistor T3, tandis que le noeud commun entre ce dernier et le condensateur C2 forme également la borne de sortie 8 du réducteur adiabatique. Le noeud commun entre le condensateur Cl et le transistor T2 est relié à la masse par l'intermédiaire du parcours drain-source d'un transistor T4. Le coefficient de réduction p est fixé par le circuit choisi. De préférence, il est choisi égal à 0,5, étant entendu qu'un circuit matérialisant cette valeur est commode à implémenter tout en conférant au générateur de haute tension un coefficient de multiplication global élevé. Pour faire fonctionner ce circuit, les transistors Tl à T4 forment des moyens de commutation, leurs grilles étant commandées par des signaux d'horloge respectifs G1 à G4. La durée et la répartition temporelle de ces signaux sont choisies de façon appropriée pour que le fonctionnement suivant soit mis en oeuvre. Dans une première phase, les deux condensateurs Cl et C2 sont chargés en série sous la tension d'entrée VIN, tandis que dans une seconde phase, les deux condensateurs sont mis en parallèle pour produire la tension de sortie VIN du réducteur 5, cette tension étant alors la moitié de la tension VIN, ce qui donne p = 0,5. Les deux phases sont répétées périodiquement, la fréquence de répétition pouvant être égale à la fréquence de pompage du bloc de multiplication 1 (c'est à dire quelques centaines de kHz par exemple). La figure 3 montre un exemple d'implémentation pouvant être choisi pour le réducteur adiabatique 5. Ce montage comporte les transistors Tl, T3 et T4 du schéma de principe de la figure 2 connectés de la même façon par rapport aux deux condensateurs Cl et C2. Le transistor T2 est de préférence remplacé par une diode Dl, si le circuit est construit en une technologie permettant la réalisation de diodes flottantes (par exemple des diodes en polysilicium). Par ailleurs, le drain et la grille du transistor Tl sont connectés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'une diode D2, et un condensateur C3 est relié à la grille du transistor Tl pour lui transmettre un signal d'horloge complémenté H dont la grille du transistor T4 reçoit la version directe H, tout comme la grille du transistor T3, le signal étant dans ce cas appliqué par l'intermédiaire d'un condensateur C4. Une diode D3 relie cette grille à la borne 8. Dans le cas du mode de réalisation de la figure 3, les diodes D2 et D3 ont pour rôle de polariser les transistors respectifs Tl et T3 afin de bloquer ceux-ci lorsque les impulsions d'horloge sont absentes. Le générateur de haute tension selon l'invention permet, à partir d'une tension d'alimentation donnée, d'utiliser dans la pompe de charges 1 moins d'étages de multiplication pour obtenir une haute tension, qu'il n'en faudrait dans un générateur de haute tension dépourvu des moyens de ré-injection 5. Par exemple, à vide, une pompe de charges avec quatorze étages pourrait élever la tension de 2 V à 20 V environ alors qu'avec le générateur de haute tension selon l'invention dans lequel le coefficient p= 0,5, il suffit de ne prévoir que sept étages élévateurs dans la pompe à charges 1. A l'inverse, si on prévoit dans le générateur de haute tension selon l'invention un même nombre d'étages élévateurs dans la pompe de charges 1 que dans une réalisation antérieure, il est possible, pour obtenir une haute tension comparable à celle obtenue dans une telle réalisation, de partir d'une tension d'alimentation plus faible. En reprenant l'exemple ci-dessus, et en considérant toujours la tension à vide, on peut obtenir la même haute tension de sortie de 20 V avec une tension d'alimentation de seulement 1,5 V, environ. Il est évident que ceci peut s'avérer très important dans les applications où on ne dispose que d'une faible tension d'alimentation (comme dans l'horlogerie électronique par exemple). La figure 4 illustre graphiquement le fonctionnement du générateur de haute tension selon l'invention, le diagramme montrant en ordonnées la haute tension de sortie Vhv et en abscisses le courant de charge iLo. La figure montre une première droite de charge DC1 de la pompe de charges du bloc 1 en l'absence de la ré-injection (p=0), tandis que la droite de charge DC2 concerne le cas où la ré-injection est présente avec p=0, 5. On constate qu'à vide, c'est à dire, en l'absence de tout courant de charge 1=0, la haute tension vaut Vo sans ré-injection et 2Vo avec ré-injection. De même, le courant de court-circuit est réduit de moitié, ce qui correspond à un quadruplement de la résistance interne. REVENDICATIONS 1. Générateur de haute tension (GHT) réalisé dans un circuit intégré (CI) et comprenant une pompe de charges (1) dont la tension d'entrée est la tension d'alimentation (VDD) du circuit intégré (CI) et qui est cadencée par des signaux d'horloge directs D) et complémentés (#), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (5) pour ré-injecter une fraction (VIN) de la tension issue de ladite pompe de charges (Vnv) à l'entrée (6) où est appliquée ladite tension d'alimentation (odd). 2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de ré-injection (5) comprennent un réducteur adiabatique. 3. Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le coefficient de ré-injection (p) desdits moyens de ré-injection (5) se situe dans la gamme allant de 0 à 1. 4. Générateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le coefficient de ré-injection (p) est égal à 0,5. 5. Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit réducteur adiabatique (5) comprend deux condensateurs (Cl, C2) et des moyens de commutation (Tl à T4 ; Tl, T3, T4, Dl) pour connecter ces condensateurs alternativement en série sur ladite tension (Vnv) issue de la pompe de charges, et en parallèle pour fournir ladite fraction de tension (VIN). 6. Générateur selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que lesdits condensateurs sont d'égale capacité. 7. Générateur selon l'une quelconque des revendication 5 et 6, caractérisé en ce que la fréquence de travail de ladite pompe de charges (1) est égale à celle cadençant lesdits moyens de commutation (Tl à T4 ; Tl, T3, T4, Dl). 8. Circuit intégré comprenant un générateur de haute tension selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une mémoire EEPROM (M) alimentée par ledit générateur de haute tension (GHT).