Brevet FR2979739A1 — publié le 20130308

DISPOSITIF DE COMMUTATION POUR CIRCUIT LOGIQUE PROGRAMMABLE COMMANDE PAR DES ELEMENTS DE MEMORISATION DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs de commutation dans les circuits intégrés, en particulier dans le domaine des circuits logiques programmables tels que par exemple les circuits FPGA (FPGA pour « Field-programmable Gate Array »). Elle concerne un dispositif de commutation amélioré, commandé par des éléments de mémorisation, et permettant un routage simplifié tout en ayant un 15 encombrement réduit. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les circuits logiques programmables de type FPGA sont généralement formés d'un nombre important de blocs logiques élémentaires 2, destinés à réaliser une 20 fonction logique donnée, ces blocs logiques 2 étant interconnectés entre eux par l'intermédiaire de blocs 4A, 4B d'interconnexion entre des lignes horizontales de routage et des lignes verticales de routage permettant de relier des entrées et/ou sorties de bloc 25 logiques. Dans de tels circuits, un bloc de commutation 6 peut être prévu pour modifier le routage entre plusieurs blocs d'interconnexion 4A, 4B (figure 1). Dans un bloc d'interconnexion 4A ou 4B, la connexion entre une ligne verticale et une ligne 30 horizontale peut être réalisée par l'intermédiaire de transistors 8 interrupteurs dont l'état « ouvert » ou « fermé » dépend d'une donnée mémorisée dans une cellule 10 de mémoire de type SRAM (SRAM pour « Static Random Access Memory »). Dans les bloc de commutation 6 permettant d'assurer le routage entre des blocs d'interconnexion 4A, 4B, le chemin d'un signal peut être commuté entre lignes horizontales et lignes verticales par l'intermédiaire d'éléments de routage 12 comprenant des transistors interrupteurs 14 dont l'état de commutation est également commandé par une cellule 16 de mémoire SRAM (figure 2). Un exemple d'élément de commutation d'un bloc de commutation intégré à un circuit FPGA mis en oeuvre suivant l'art antérieur, est donné sur la figure 3. Cet élément comporte 6 transistors interrupteurs 141, 142, 143, 144, 145, 146 et 6 cellules mémoires 161, 162, 163, 164, 165, 166 permettant de commander l'état de commutation des interrupteurs. Dans le cas où les cellules mémoires mises en oeuvre sont des cellules de type « 6T » c'est-à-dire à 6 transistors, un élément de commutation comprend au total 42 transistors. Un tel élément de commutation pose des 25 problèmes en termes d'encombrement et de densité d'intégration. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif de commutation comprenant : 30 une borne conductrice flottante disposée entre une pluralité d'éléments conducteurs destinés à être connectés entre eux par l'intermédiaire de ladite borne flottante, - des moyens interrupteurs disposés entre lesdits éléments conducteurs et ladite borne flottante et prévus respectivement pour connecter ou déconnecter un desdits éléments conducteurs à ladite borne flottante, les moyens interrupteurs comprenant au moins une cellule mémoire. Les éléments conducteurs peuvent être destinés à être connectés entre eux deux-à-deux. Selon une possibilité de mise en oeuvre, les moyens interrupteurs peuvent être commandés par une cellule de mémoire SRAM. La cellule mémoire peut être une cellule 15 mémoire résistive telle que de type RRAM ou PMC ou CBRAM. Selon une autre possibilité de mise en oeuvre, les moyens interrupteurs peuvent comprendre une cellule mémoire ou un élément de mémorisation doté d'un 20 électrolyte solide ou d'une zone diélectrique disposé(e) entre une première électrode et une deuxième électrode. L'invention concerne également un circuit logique programmable, en particulier de type FPGA, 25 comprenant un dispositif de commutation tel que défini plus haut. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation 30 donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - les figures 1 et 2 illustrent une portion d'un circuit logique programmable tel que mis en oeuvre suivant l'art antérieur, - la figure 3 illustre un élément de routage au sein d'un dispositif de commutation mis en oeuvre au sein d'un circuit logique programmable suivant l'art antérieur, - la figure 4 illustre un exemple de dispositif de commutation suivant l'invention, doté d'une borne flottante située entre 4 éléments pouvant être connectés deux-à-deux par l'intermédiaire de la borne flottante au moyen de transistors interrupteurs dont l'état est commandé par un élément de mémorisation, - les figures 5 et 6A-6D illustrent différents états d'un dispositif de commutation tel que mis en oeuvre suivant l'invention, - la figure 7A illustre un exemple de 20 dispositif de commutation suivant l'invention dans lequel des éléments interrupteurs sont commandés par des cellules de mémoire SRAM, - la figure 7B illustre un exemple de structure de cellule SRAM intégrée à un dispositif de 25 commutation suivant l'invention, - la figure 8A illustre un autre exemple de dispositif de commutation suivant l'invention, dans lequel des éléments interrupteurs sont commandés par des cellules de mémoire CBRAM ou RRAM, - la figure 8B illustre un exemple de structure de cellule RRAM ou CBRAM intégrée à un dispositif de commutation suivant l'invention, Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une 10 échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Un exemple de dispositif de commutation tel que mis en oeuvre suivant l'invention est illustré sur 15 la figure 4. Le dispositif de commutation comporte deux pistes conductrices 121, 123 verticales et deux pistes conductrices 122, 124 horizontales. Les pistes conductrices 121, 123 verticales peuvent être alignées, 20 tandis que les pistes conductrices 122, 124 verticales peuvent être également alignées entre elles, l'ensemble des pistes conductrices 121, 122, 123, 124 ayant, dans cet exemple, une disposition en forme de croix. Au centre dudit ensemble figure une borne 25 conductrice 110 flottante, distincte des pistes 121, 122, 123, 124, et à laquelle ces pistes 121, 122, 123, 124 sont susceptibles d'être connectées. Chaque piste conductrice est susceptible d'être connectée à une des trois autres pistes par 30 l'intermédiaire de la borne flottante 120. Des moyens interrupteurs, sous forme de 4 transistors interrupteurs 131, 132, 133, 134, sont prévus pour connecter ou déconnecter la borne conductrice 110 flottante respectivement aux pistes conductrices 121, 122, 123, 124. Les transistors interrupteurs 131, 132, 133, 134 peuvent être par exemple des transistors MOS dont la grille est connectée et commandée par un élément de mémorisation ou une cellule mémoire. Dans cet exemple, une première cellule mémoire 141, une deuxième cellule mémoire 142, une troisième cellule mémoire 143, une quatrième cellule mémoire 144 sont associées respectivement, à un premier transistor interrupteur 131, un deuxième transistor interrupteur 132, un troisième transistor interrupteur 133, et un quatrième transistor interrupteur 134. La commutation et le maintien dans un état donné du dispositif de commutation dépendent ainsi de signaux ou de données conservées dans les cellules mémoires 141, 142, 143, 144 et qui peuvent avoir été chargé(e)s dans ces cellules 141, 142, 143, 144 par un dispositif extérieur au dispositif de commutation. Chaque cellule mémoire 141, 142, 143, 144 comporte ainsi au moins une électrode ou un noeud dont 25 le potentiel est appliqué à la grille d'un des transistors interrupteurs 131, 132, 133, 134. Sur les figures 5, et 6A-6D un exemple de mise en oeuvre du dispositif de commutation et son schéma électrique équivalent sont donnés. 30 Le dispositif de commutation peut adopter un premier état (figure 6A) dans lequel une première piste 121 verticale et une deuxième piste 123 verticale sont connectées l'une à l'autre. Pour cela, le potentiel appliqué par la première cellule mémoire 141 qui commande le premier 5 transistor interrupteur 131 rend ce dernier passant, tandis que le potentiel appliqué par la troisième cellule mémoire 143 qui commande le troisième transistor interrupteur 133 rend ce dernier passant. La première piste 121 verticale et la 10 deuxième piste 123 verticale sont ainsi toutes les deux reliées électriquement à la borne flottante 110. Dans le même temps, le potentiel appliqué par la deuxième cellule mémoire 142 qui commande le deuxième transistor interrupteur 132 rend ce dernier 15 bloqué, tandis que le potentiel appliqué par la quatrième cellule mémoire 144 qui commande le quatrième transistor interrupteur 134 rend également ce dernier bloqué. Dans le premier état, la première piste horizontale 122 et la deuxième piste horizontale 124 20 sont ainsi déconnectées toutes les deux de la borne flottante 110. Selon un deuxième état (figure 6B) du dispositif de commutation, la première piste horizontale 122 et la deuxième piste horizontale 124 25 sont connectées électriquement l'une à l'autre par l'intermédiaire de la borne flottante 110 qui est connectée au quatrième transistor interrupteur 134 rendu passant par la quatrième cellule mémoire 144 et au deuxième transistor interrupteur 132 rendu passant 30 par la deuxième cellule mémoire 142. Dans ce deuxième état, le premier transistor 131 et le troisième transistor interrupteur 133 sont polarisés par l'intermédiaire des cellules mémoires 141 et 143 de manière à être bloqués et à déconnecter ainsi la première piste 121 et la troisième piste 123 de la borne flottante 110. Selon un troisième état (figure 6C) du dispositif de commutation, la deuxième piste 124 horizontale et la deuxième piste verticale 123 peuvent être connectées entre elles par l'intermédiaire de la borne 120 tandis que la première piste verticale 121 et la première piste horizontale 122 sont flottantes. Pour cela, des potentiels issus des troisième et quatrième cellules mémoires 143, 144 et appliqués respectivement sur le troisième et quatrième transistors interrupteurs 133, 134, rendent passants ces derniers. Dans le même temps, selon le troisième état, des potentiels issus des première et deuxième cellules mémoires 141, 142 appliqués respectivement sur le premier et deuxième transistors interrupteurs 131, 132 rendent bloqués ces derniers. Selon un quatrième état (figure 6D) du dispositif de commutation, les états respectifs des cellules mémoires 141, 142, 143, 144 sont tels que la première piste 121 verticale et la première piste horizontale 122 sont connectées à la borne 110, tandis que la deuxième piste 123 verticale et la deuxième piste horizontale 124 sont laissées flottantes. Un exemple de topologie de dispositif de 30 commutation mis en oeuvre suivant l'invention, dans lequel les transistors interrupteurs 231, 232, 233, 234, sont commandés chacun à l'aide d'une mémoire SRAM est donné sur la figure 7A. Les transistors interrupteurs 231, 232, 233, 234, sont situés chacun entre une piste conductrice, qui peut être sous forme d'une ligne métallique 220 et une borne conductrice flottante 210 qui peut être une zone métallique disposée entre chacune des lignes métalliques 220. Des éléments verticaux d'interconnexion communément appelés vias 235, 236, permettent de connecter la zone active des transistors interrupteurs 231, 232, 233, 234 respectivement à une desdites lignes métallique 220, et à la borne flottante 210. La grille 235 de chaque transistor interrupteur est quant à elle connectée à un noeud N1 ou 15 N2 d'une cellule mémoire SRAM telle que par exemple la cellule 6T illustrée sur la figure 7B. Un autre exemple de topologie de dispositif de commutation mis en oeuvre suivant l'invention, dans lequel les moyens interrupteurs 231, 232, 233, 234, 20 sont formés chacun d'un élément de mémorisation CBRAM (« conductive bridge random access memory ») ou PMC Phase (« phase change material ») ou RRAM (RRAM pour « Resistive random-access memory » ou mémoire résistive à accès aléatoire) est donné sur la figure 8A. 25 Dans cet exemple, les moyens interrupteurs 331, 332, 333, 334, peuvent ainsi comprendre deux électrodes 381, 382 situées de part et d'autre d'une zone diélectrique 383 ou d'un électrolyte solide dont la conductivité peut être modifiée en fonction du 30 potentiel appliqué sur une de ses électrodes par un transistor T de mémorisation (figure 8B). Un tel dispositif utilise un nombre de transistors moins important et occupe moins de place que celui de décrit en liaison avec les figures 7A et 7B. Un circuit programmable de type FPGA nécessite généralement un nombre de dispositifs de commutation très élevé. Aussi, intégrer des dispositifs de commutation tels que mis en oeuvre suivant l'invention permet de réaliser des circuits FPGA de taille considérablement réduite.10 REVENDICATIONS1. Dispositif de commutation comprenant : - une borne conductrice (110, 210) flottante 5 disposée entre une pluralité d'éléments conducteurs (121, 122, 123, 124, 220) destinés à être connectées par l'intermédiaire de ladite borne flottante, - des moyens interrupteurs (131, 132, 133, 134, 213, 232, 233, 234) disposés entre lesdits 10 éléments conducteurs et ladite borne flottante et prévus respectivement pour connecter ou déconnecter un desdits éléments conducteurs à ladite borne flottante, les moyens interrupteurs comprenant au moins une cellule mémoire (141, 142, 143, 144). 15 2. Dispositif de commutation selon la revendication 1, les éléments conducteurs (121, 122, 123, 124, 220) étant destinés à être connectés deux-àdeux. 20 3. Dispositif de commutation selon la revendication 1 ou 2, les moyens interrupteurs étant commandés par une cellule de mémoire SRAM. 25 4. Dispositif de commutation selon la revendication 1 ou 2, les moyens interrupteurs comprenant par cellule mémoire résistive dotée d'un électrolyte solide ou d'une zone diélectrique disposé(e) entre deux électrodes. 30 5. Dispositif de commutation selon la revendication 4, ladite cellule mémoire étant une cellule mémoire de type RRAM ou PMC ou CBRAM. 6. Circuit logique programmable comprenant un dispositif de commutation selon l'une des revendications 1 à 5.10