Brevet FR3007857A1 — publié le 20150102

B12645 - 13-R0-0165 1 RÉGULATEUR POUR CIRCUIT INTÉGRÉ Domaine La présente description concerne, de façon générale, les circuits électroniques et, plus particulièrement, l'alimentation de tels circuits. Elle s'applique plus particulièrement à un régulateur intégré avec le bloc fonctionnel qu'il alimente. Exposé de l'art antérieur Certains circuits intégrés ou blocs fonctionnels de circuits intégrés manipulent des quantités (généralement des données numériques) que l'on souhaite rendre inaccessible de 10 l'extérieur du circuit, ou dont on souhaite contrôler l'accès. C'est par exemple le cas des clés secrètes dans des applications cryptographiques. La signature en courant des circuits intégrés est cependant susceptible de renseigner un observateur extérieur (un pirate) mettant en oeuvre des attaques dites par canaux 15 cachés. Résumé Un mode de réalisation vise à proposer une solution masquant la signature en courant d'un circuit intégré ou d'une partie d'un tel circuit. 20 Un autre mode de réalisation vise à proposer une solution qui reste compatible avec différents modes de fonctionnement du circuit intégré et, plus particulièrement, B12645 - 13-R0-0165 2 compatible avec un mode de fonctionnement nominal, un mode de fonctionnement de veille ou un mode de fonctionnement en test. Ainsi, un mode de réalisation prévoit un circuit électronique comportant une fonction en série avec au moins une 5 première source de courant entre deux bornes d'application d'une tension d'alimentation, dans lequel ladite première source de courant est commandable entre un mode de fonctionnement dans lequel elle fournit un courant fixe, indépendant de la consommation de ladite fonction, et un mode de fonctionnement 10 dans lequel elle fournit un courant variable, fonction de la consommation de ladite fonction. Selon un mode de réalisation, ladite première source de courant est en série avec une deuxième source de courant de valeur variable, ladite deuxième source étant en parallèle sur 15 ladite fonction et étant active dans le premier mode de fonctionnement. Selon un mode de réalisation, la deuxième source de courant est commandée par un amplificateur différentiel mesurant le niveau de la tension d'alimentation de ladite fonction. 20 Selon un mode de réalisation, ladite première source de courant comporte un montage de premiers transistors en miroir de courant sur une branche intégrant un interrupteur de sélection du mode de fonctionnement. Selon un mode de réalisation, un transistor commandé 25 par ledit amplificateur relie les grilles des premiers transistors à la masse. Brève description des dessins Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes 30 de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 représente un mode de réalisation d'un circuit électronique ; B12645 - 13-R0-0165 3 la figure 2 représente un mode de réalisation d'un régulateur d'alimentation, intégré avec un bloc fonctionnel dans un circuit électronique ; la figure 3 représente un schéma plus détaillé d'un 5 mode de réalisation du régulateur d'alimentation ; et les figures 4A et 4B sont des chronogrammes illustrant le fonctionnement du régulateur des figures 2 et 3. Description détaillée De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes 10 références aux différentes figures. Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation qui vont être décrits ont été détaillés. En particulier, la fonction réalisée par le ou les circuits intégrés ou portions de circuits alimentés au moyen du 15 régulateur qui va être décrit n'a pas été détaillée, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec les fonctions usuelles de tels blocs fonctionnels. La figure 1 représente, de façon très schématique, un circuit électronique 1 (IC) du type auquel s'applique la 20 présente description. Un tel circuit est destiné à être alimenté par une tension continue Vps appliquée entre deux bornes 12 (potentiel Vps) et 14 (masse GND). Les modes de réalisation seront décrits par la suite 25 en relation avec cet exemple d'alimentation par une tension continue positive. Ces modes de réalisation se transposent toutefois à d'autres formes d'alimentation continue, par exemple une alimentation négative ou une alimentation entre des potentiels positif et négatif. 30 Dans des applications où tout ou partie du circuit 1 manipule des informations dont on souhaite contrôler l'accès depuis l'extérieur (quantité secrète, algorithme de cryptographie, etc.), il est souhaitable d'éviter que la signature en courant du circuit 1, c'est-à-dire la variation du 35 courant prélevé par ce circuit sur la source d'alimentation, B12645 - 13-R0-0165 4 permette de détecter les informations protégées. En effet, la consommation du circuit intégré, donc la quantité de courant prélevée sur l'alimentation, dépend de la tâche exécutée par le circuit et des états des données manipulées. Ce type d'attaque par canaux cachés est connu sous les désignations d'analyse statique (SPA) ou différentielle (DPA) de consommation. La figure 2 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un circuit 1 équipé d'un régulateur 2. Ce régulateur est destiné à alimenter les fonctions opérationnelles 10 du circuit 1, symbolisées en figure 2 par un bloc 3 (FCT). Dans la description qui suit, on suppose que le régulateur 2 alimente l'intégralité du circuit 1, c'est-à-dire que le circuit n'intègre que la fonction 3 et le régulateur 2. Toutefois, les modes de réalisation qui vont être décrits 15 s'appliquent plus généralement à l'alimentation, par un régulateur 2, de tout ou partie d'un circuit intégré, la ou les parties concernées correspondant, de préférence, aux parties dont on souhaite masquer la consommation. Pour masquer la consommation de la fonction 3, on 20 prévoit de fixer, à une valeur moyenne constante ID le courant prélevé sur l'alimentation. On prévoit donc une source de courant 22, par exemple mais pas nécessairement constant, entre la borne 12 et une borne 16 d'alimentation du bloc 3. Pour que le courant IT soit constant, indépendamment d'un courant Ir 25 réellement consommé par le bloc 3, on prévoit une source de courant variable 24 en parallèle sur le bloc 3. Le rôle de cette source de courant 24 est de consommer un courant Iv tel que la somme des courants Ir et Iv soit en moyenne constante et égale à IT. 30 Par exemple, la source de courant 22 est dimensionnée en fonction de la consommation maximale possible de la fonction 3 de sorte que, quelle que soit cette consommation, le courant I prélevé sur l'alimentation est en moyenne constant. La source de courant variable 24 est commandée par un 35 amplificateur différentiel 4 du niveau VDD d'alimentation de la B12645 - 13-R0-0165 fonction 3 par rapport à un niveau de référence REF. Ainsi, l'amplificateur 4 régule la valeur du courant 'y en fonction de la consommation du bloc 3. Lorsque la consommation du bloc 3 augmente, le niveau de la tension VDD a tendance à diminuer dans 5 la mesure où le courant total prélevé par les branches 24 et 3 est fixé par la valeur IT. L'amplificateur 4 commande alors la source 24 pour diminuer le courant Iv qu'elle prélève et ainsi rétablir le niveau de la tension VDD. Dans le cas inverse où la consommation du bloc 3 diminue, l'amplificateur 4 provoque une 10 augmentation du courant Iv prélevé par la source 24. Les inventeurs ont toutefois constaté qu'il y a des situations de fonctionnement du circuit intégré dans lesquelles il n'est pas souhaitable de mettre en oeuvre la fonctionnalité des sources de courant 22 et 24, soit que cela engendre une 15 consommation trop importante, soit que l'on souhaite précisément visualiser la consommation du courant par exemple dans une situation de test. Pour permettre un fonctionnement dans lequel le courant I n'est pas maintenu constant, on prévoit fonction- 20 nellement de désactiver les sources de courant 22 et 24. Cette fonction est symbolisée par deux interrupteurs K1 et K2 respectivement intercalés en série avec la source 22, entre les bornes 12 et 16, et avec la source 24, entre les bornes 16 et 14. Les interrupteurs K1 et K2 sont commandés à partir d'un même 25 signal CTRL. Dans une première position (identifiée A en figure 2), les interrupteurs K1 et K2 connectent les sources 22 et 24 au circuit et on a alors le fonctionnement décrit ci-dessus. Dans une seconde position (identifiée B en figure 2), l'interrupteur K2 est ouvert désactivant la source de courant 24 30 et l'interrupteur K1 connecte, au lieu de la source 22, une source de courant variable 26 entre les bornes 12 et 16. Cette source de courant variable est commandée par l'amplificateur 4 afin de préserver une fonction de régulation du niveau VDD requis par le fonctionnement du circuit 3. Ainsi, lorsque le 35 circuit 3 a tendance à appeler plus de courant (le courant Ir B12645 - 13-R0-0165 6 augmente), l'amplificateur 4 provoque une augmentation du courant fourni par la source 26 de façon à préserver le niveau de tension VDD. A l'inverse, lorsque la consommation du circuit 3 diminue, le comparateur 4 provoque une diminution du courant dans la source 26 pour, là encore, préserver le niveau de tension VDD souhaité. La figure 3 représente un schéma électrique plus détaillé d'un mode de réalisation du circuit 1 de la figure 2. L'amplificateur différentiel 4 reçoit une tension de référence VREF (par exemple une tension dite de bandgap) ainsi qu'une information relative à la valeur de la tension VDD au noeud 16 (typiquement par l'intermédiaire d'un diviseur résistif formé de deux résistances R1 et R2 en série entre la borne 16 et la masse 14). L'amplificateur 4 commande la source de courant 24, ici formée d'un transistor MOS N24 à canal N connecté entre la borne 16 et la masse 14. La source de courant 22 est formée d'un transistor MOS P22 à canal P, connecté entre les bornes 12 et 16 et monté en miroir de courant sur une branche comportant, en série entre les bornes 12 et 14, un transistor MOS P21 à canal P, un interrupteur K jouant le rôle des interrupteurs K1 et K2 de la figure 2 et une source 28 de courant I. Un rapport de surface N entre les transistors P21 et P22 fixe la valeur du courant IT par rapport au courant I. La source de courant 26 est formée d'un transistor MOS N26 à canal N reliant le noeud 23 d'interconnexion des grilles des transistors P21 et P22 à la masse 14. La grille du transistor N26 est connectée au point milieu d'une association en série d'une source 29 de courant de polarisation Ip et d'un transistor MOS N27 à canal N entre les bornes 12 et 14, la grille du transistor N27 étant connectée en sortie de l'amplificateur 4. La source de courant de polarisation 29 et le transistor N27 fonctionnent à la manière d'un amplificateur inverseur (source commune) vis-à-vis de la sortie de l'amplificateur 4 par rapport au transistor N26. B12645 - 13-R0-0165 7 Lorsque l'interrupteur K est fermé, le fonctionnement du circuit est du type décrit ci-dessus en mode de maintien de la valeur totale I du courant prélevé sur la source d'alimentation au niveau IT (en négligeant la consommation dans la branche du transistor P21). La source de courant 29 peut être éteinte dans ce mode de fonctionnement, la grille du transistor N26 étant alors connectée à la masse. Lorsque l'interrupteur K est ouvert, le transistor N26 joue le rôle de la source de courant Is pour fixer (en tenant compte du rapport de surface entre les transistors P21 et P22) le courant dans le transistor P22 pour le rendre approximativement égal au courant Ir consommé par la fonction 3, et réguler ainsi le niveau de la tension VDD indépendamment de la consommation de la fonction 3. Les figures 4A et 4B illustrent, par des chrono- grammes, le fonctionnement du régulateur des figures 2 et 3. La figure 4A illustre un exemple d'allure du courant I prélevé sur l'alimentation. La figure 4B illustre un exemple d'états ON ou OFF du signal CTRL, l'état ON correspondant à une position dans laquelle l'interrupteur K est fermé. En partie gauche des chronogrammes, on suppose une situation A correspondant à un masquage de la consommation du courant du circuit. Dans ce cas, le courant Ir réellement consommé par la fonction 3 est complété par le courant 'y consommé par la source de courant 24 afin que le courant I total prélevé sur l'alimentation corresponde à la valeur IT. Dans une telle situation, un attaquant éventuel ne peut pas extraire d'une analyse de la consommation du circuit, des informations sur les opérations effectuées par la fonction 3. Les parties centrale et de droite des figures 4A et 4B illustrent deux exemples de situation où l'interrupteur K est ouvert (état OFF). Dans la partie centrale, on suppose un mode de fonctionnement de veille de la fonction 3 dans laquelle on n'a pas besoin de masquer sa consommation et l'on souhaite par contre réduire la consommation globale du circuit. Dans un tel B12645 - 13-R0-0165 8 cas, le courant I correspond au courant réellement consommé Ir. Toutefois, comme il ressort de la figure 4A, la consommation est réduite par rapport à un fonctionnement où l'on masque la consommation du courant. En partie droite des figures 4A et 4B, on suppose un fonctionnement en mode test du circuit où, pour des raisons de vérification de fonctionnement, on souhaite être capable de mesurer la consommation de la fonction 3, qui doit donc ne pas être masquée. Dans une telle situation, la consommation peut rester élevée et atteindre la valeur IT. Toutefois, elle n'est pas masquée. Lorsque l'interrupteur K est ouvert, le fonctionnement est le suivant. Si le courant Ir a tendance à augmenter par un afflux de consommation dans le bloc 3, la tension VDD a tendance à diminuer de sorte que le niveau sur la borne non inverseuse de l'amplificateur 4 a également tendance à diminuer. La tension de sortie de cet amplificateur diminue également. Par la fonction d'inversion assurée par le transistor N27, le niveau de la tension de grille du transistor N26 augmente. Il en découle une augmentation du courant prélevé par le transistor N26 d'où une diminution de la tension de grille sur le noeud 23 et, par voie de conséquence, une augmentation du courant dans le transistor P22 qui permet une augmentation du niveau de la tension VDD régulant ainsi ce niveau. En cas de diminution de la consommation par le bloc 3, le fonctionnement inverse se produit. Dans une réalisation pratique, on veillera bien entendu à prévoir des éléments capacitifs de compensation en particulier entre l'amplificateur 4 et la grille du transistor 30 N26 pour des questions de stabilité du montage. Un avantage du mode de réalisation qui a été décrit est qu'il est désormais possible de choisir entre un masquage de la consommation d'un circuit intégré pour protéger en conséquence les manipulations d'informations qu'il contient et un 35 fonctionnement à faible consommation (mode veille ou en mode B12645 - 13-R0-0165 9 test). En variante, cette fonction peut servir à commander à volonté la mise en oeuvre du masquage ou non, par exemple lorsque le circuit 1 effectue une opération sensible du point de vue de la sécurité des informations. Un autre avantage est que la réalisation est particulièrement simple, le coût en termes de nombre de transistors pour assurer les deux fonctions étant faible. Divers modes de réalisation ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, le choix des valeurs à donner aux différents courants des différentes sources de courant fixe est à choisir en fonction de l'application et notamment des consommations attendues. De plus, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation décrits est à la portée de l'homme du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. REVENDICATIONS1. Circuit électronique (1) comportant une fonction (3) en série avec au moins une première source de courant (22) entre deux bornes (12, 16) d'application d'une tension d'alimentation (Vps), dans lequel ladite première source de courant est commandable entre un mode de fonctionnement (A) dans lequel elle fournit un courant fixe (IT), indépendant de la consommation de ladite fonction, et un mode de fonctionnement (B) dans lequel elle fournit un courant variable, fonction de la consommation de ladite fonction. 2. Circuit selon la revendication 1, dans lequel ladite première source de courant (22) est en série avec une deuxième source de courant (24) de valeur variable (Iy), ladite deuxième source étant en parallèle sur ladite fonction (3) et étant active dans le premier mode de fonctionnement (A). 3. Circuit selon la revendication 2, dans lequel la deuxième source de courant (24) est commandée par un amplificateur (4) différentiel mesurant le niveau de la tension d'alimentation de ladite fonction (3). 4. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ladite première source de courant (22) comporte un montage de premiers transistors (P21, P22) en miroir de courant sur une branche intégrant un interrupteur (K) de sélection du mode de fonctionnement. 5. Circuit selon la revendication 4, dans lequel un 25 transistor (N26) commandé par ledit amplificateur relie les grilles des premiers transistors (P21, P22) à la masse.