Brevet FR3037148A1 — publié le 20161209

B14104 - 14-R0-0697 1 MESURE DE VARIATIONS D'UNE TENSION D'ALIMENTATION Domaine La présente description concerne de façon générale les circuits électroniques et, plus particulièrement, un circuit de surveillance de la tension d'alimentation d'un circuit intégré. Exposé de l'art antérieur Dans de nombreuses applications, on souhaite surveiller l'évolution de la tension d'alimentation d'un circuit intégré pendant son fonctionnement. En effet, les variations de cette tension d'alimentation peuvent induire des problèmes dans le fonctionnement du circuit et/ou reflètent la consommation du circuit, donc des variations d'activité du circuit et/ou reflètent des comportements du circuit soumis à une contrainte, par exemple une perturbation volontaire (par exemple, une attaque) ou accidentelle (par exemple, une décharge électrostatique). La mesure de la tension d'alimentation s'effectue, par exemple pour des besoins de test, à l'aide de pointes appliquées à différents endroits du circuit et reliées à un appareil de mesure. La mesure est alors particulièrement sensible à des perturbations électromagnétiques engendrées par l'utilisation de pointes conductrices. De plus, une telle mesure est incompatible avec une mesure en temps réel lors du fonctionnement du circuit dans son environnement applicatif. 3037148 B14104 - 14-R0-0697 2 On a déjà proposé des solutions internes à un circuit pour mesurer les variations de sa tension d'alimentation. Toutefois, ces solutions ne permettent pas de mesurer des variations non périodiques et la précision des mesures dépend de 5 la valeur de la tension d'alimentation elle-même, ces circuits internes étant sensibles aux perturbations de l'alimentation qui, le plus souvent est externe au circuit. Par ailleurs, de telles mesures ne permettent pas de mesurer des tensions supérieures à la tension supportée par la technologie. 10 Résumé Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des circuits usuels de mesure de la tension d'alimentation d'un circuit intégré. Un mode de réalisation propose une solution permettant 15 la mesure à l'intérieur du circuit et par celui-ci. Un mode de réalisation propose une solution permettant de mémoriser aisément le résultat de la mesure. Un mode de réalisation propose une solution compatible avec la mesure de variations non périodiques de la tension 20 d'alimentation. Ainsi, un mode de réalisation prévoit un circuit de mesure de variations d'une tension d'alimentation d'un circuit électronique, comportant un convertisseur analogique-numérique d'une différence entre une valeur proportionnelle à la tension d'alimentation et une valeur de référence. Selon un mode de réalisation, des sorties du convertisseur analogique-numérique fournissent au moins un premier résultat. Selon un mode de réalisation, le premier signal est 30 traité par au moins un élément retardateur dont une sortie fournit un deuxième résultat. Selon un mode de réalisation, le niveau de référence correspond à une valeur écrêtée de la tension d'alimentation. 3037148 B14104 - 14-R0-0697 3 Brève description des dessins Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation 5 avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 représente, de façon schématique, un mode de réalisation d'un circuit de mesure de variations de la tension d'alimentation d'un circuit intégré ; la figure 2 illustre un mode de réalisation simplifié 10 d'un écrêteur du circuit de mesure de la figure 1 ; la figure 3 est un exemple de réalisation d'un convertisseur équipant le circuit de mesure de la figure 1 ; la figure 4 est un graphe représentant un exemple variation de la tension VDD et illustrant le comportement statique 15 du circuit de la figure 3 ; et la figure 5 est un chronogramme représentant des exemples variation de la tension VDD et illustrant le comportement dynamique du circuit de la figure 3. Description détaillée 20 De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et 25 matérielles identiques. Par souci de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et seront détaillés. En particulier, les éléments présents dans le circuit intégré dont on surveille la tension d'alimentation n'ont pas été détaillés, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec les applications usuelles. Lorsque l'on fait référence aux termes "environ", "approximativement" ou "de l'ordre de", cela signifie à 10 % près, de préférence à 5 % près. 3037148 B14104 - 14-R0-0697 4 La figure 1 représente, de façon schématique, un mode de réalisation d'un circuit de mesure de variations de la tension d'alimentation d'un circuit électronique. Le circuit électronique 1 n'est représenté que 5 partiellement avec les éléments qui constituent le circuit de mesure interne des variations de sa tension d'alimentation. Le reste du circuit 1 dépend de l'application. Le circuit 1 est alimenté par une tension VDD appliquée entre une borne 12 d'application d'un potentiel VDD et une borne 10 14 définissant un potentiel de référence, typiquement la masse GND. La tension VDD constitue la tension d'alimentation dont on souhaite surveiller l'évolution ou les variations. Selon les modes de réalisation décrits, on prévoit un limiteur de tension 22 (CLIP) rapide, c'est-à-dire ayant une 15 faible constante de temps par rapport à la durée des variations à mesurer. Plus précisément, les applications visées par la présente description requérant la détection de pics dans la tension d'alimentation, le limiteur n'a pas pour objectif de lisser la tension Vreg qu'il fournit en sortie 23, mais de limiter 20 l'excursion de la tension qu'il fournit, c'est-à-dire de faire en sorte que cette tension soit écrêtée. La tension Vreg sert à alimenter un convertisseur analogique numérique 24 (ADC) dont une entrée (de conversion) reçoit une tension proportionnelle à la tension VDD à mesurer. La 25 tension Vreg sert également de référence pour générer les tensions de mesure du convertisseur 24. Le convertisseur 24 fournit, en sortie, un mot numérique RESULT sur n bits représentatif de la valeur instantanée de la tension mesurée. Ce résultat peut être interprété directement. 30 De préférence, les bits de sortie RESULT traversent également un circuit retardateur (DELAY) 26 (lignes à retard). Le circuit retardateur fournit un signal DRESULT qui permet de différer la prise en compte de la mesure par le reste du circuit ou par un appareil externe. En présence d'une perturbation, il y a un fort risque que le circuit ou l'appareil lisant le résultat 3037148 B14104 - 14-R0-0697 5 soit lui-même perturbé. Différer la prise en compte de la mesure permet de s'affranchir de ce risque et de fournir une mesure fiable. En effet, le signal DRESULT contient la perturbation mais cette perturbation a disparu lorsque ce signal est fourni. Par 5 conséquent, le circuit d'interprétation des mesures, qu'il soit interne ou externe, peut déterminer la perturbation. La figure 2 représente un mode de réalisation du limiteur 22 de la figure 1 et un circuit 232 d'adaptation du niveau de mesure du convertisseur 23. Dans l'exemple de la figure 10 2, le circuit retardateur 26 fournit un signal numérique sur 16 bits (16 BITS OUTPUT). La figure 3 représente un schéma plus détaillé, illustrant un exemple de réalisation du convertisseur 24, associé à un limiteur de tension et une adaptation d'impédance. 15 Le régulateur 22 est ici constitué d'une ou plusieurs résistances RR en série avec une ou plusieurs diodes (par exemple, trois) DR, les diodes étant orientées, cathode vers la borne 14. Le point milieu 23 entre les résistances RR et les diodes DR fournit la tension écrêtée Vreg. Cette tension Vreg varie donc 20 entre la masse (au démarrage du circuit, le temps que la tension VDD croisse) et un niveau maximal fixé par la somme des chutes de tension en direct dans les diodes DR. Dans l'exemple de la figure 3, une seule résistance RR est symbolisée au lieu de deux en figure 2. 25 Côté convertisseur 24, la tension Vreg est utilisée comme référence de mesure pour les différents poids des bits du convertisseur. Ainsi, en supposant comme en figure 3, un convertisseur sur 4 bits, quatre comparateurs 242 (CmpO), 244 (Cmpl), 246 (Cmp2) et 248 (Cmp3) fournissent les 4 états BO, Bl, 30 B2, B3 du mot binaire. Les entrées de référence (par exemple inverseuses) des comparateurs 242, 244, 246 et 248 sont respectivement connectées à des noeuds 222, 224, 226, 228 d'une association en série de résistances RO, R1, R2, R3, R4, entre la borne 23 et la masse 14. Les deuxièmes entrées des comparateurs 35 242, 244, 246 et 248 (par exemple non inverseuses) reçoivent une 3037148 B14104 - 14-R0-0697 6 information Vmeas proportionnelle à la tension VDD. Par exemple, ces entrées sont connectées au point milieu d'une association en série d'un ensemble de diodes DM et d'une ou plusieurs résistances RM. De préférence, le nombre de diodes DR est inférieur ou égal 5 au nombre de diodes DM. Par exemple, le nombre de diodes DM correspond au nombre de diodes DR et la valeur de la résistance RM (ou la valeur cumulée des résistances en série RM) correspond approximativement à la valeur de la résistance RR. Ainsi, le convertisseur commence à mesurer des variations de la tension VDD 10 une fois que celle-ci a atteint au moins la valeur Vreg fixée par les diodes DR en série. La figure 4 est un graphe représentant un exemple de variation de la tension VDD et illustrant le comportement statique du circuit de la figure 3. 15 La figure 4 illustre, sur des échelles de tension en volts (Voltage (V)), un exemple de croissance de la tension VDD, depuis une valeur nulle, l'évolution correspondante de la tension Vreg, de la tension Vmeas et des sorties binaires 0 à 15 (BO à B15) du convertisseur 24. Dans l'exemple de la figure 4, on suppose 20 un convertisseur 24 sur 16 bits. Tant que la tension VDD n'a pas atteint la valeur Vreg, tous les bits BO à B15 sont à l'état O. Quand la tension VDD atteint le niveau Vreg, le bit BO commute à l'état 1. En supposant, comme en figure 4, une croissance linéaire de la tension VDD, les 25 bits B1 à B15 commutent les uns après les autres jusqu'à ce que la tension Vmeas atteigne (approximativement) la tension Vreg. La sortie RESULT du convertisseur 24 fournit donc une valeur binaire fonction de la tension VDD. La sortie DRESULT fournit le même mot binaire, mais retardé. 30 La figure 5 est un graphe représentant des exemples variation de la tension VDD en volts (Voltage (V)) et illustrant le comportement dynamique du circuit de la figure 3. La figure 5 illustre trois exemples de pics de la tension VDD plus ou moins rapides par rapport à la tension Vreg et les 35 commutations correspondantes des bits du convertisseur 24. Dans 3037148 B14104 - 14-R0-0697 7 l'exemple de la figure 5, on suppose un convertisseur 24 sur 8 bits. On suppose trois pics de même amplitude mais de durées différentes sur une échelle temporelle (rime (s)) en nanosecondes (N). 5 Comme l'illustre la figure 5, la rapidité des pics se traduit par une commutation plus pou moins rapide des sorties du convertisseur. Plus le pic est rapide, plus les sorties commutent de façon rapprochée. De même, plus le pic est rapide, plus les bits reviennent rapidement à l'état de repos. 10 Le fait de disposer d'une sortie numérique (sur plusieurs bits) permet de mémoriser aisément le résultat de la mesure. La fréquence de mémorisation des valeurs obtenues dépend de l'application et ne dépend pas de la mesure elle-même. Un avantage des réalisations décrites est qu'il est 15 désormais possible d'évaluer les variations de la tension d'alimentation d'un circuit intégré au cours du temps en s'affranchissant des éventuelles perturbations électromagnétiques. On peut ainsi distinguer une variation rapide d'une variation lente de la tension d'alimentation. 20 Un autre avantage des réalisations décrites est que la mesure s'effectuant de façon différentielle par rapport à la tension Vreg, elle devient indépendante de la valeur de la tension VDD. Un autre avantage des réalisations décrites est que, 25 grâce à une mesure intégrée au circuit lui-même, on enrichit l'éventail d'applications disponibles à une telle mesure. Par exemple, le circuit de mesure peut être utilisé pour détecter d'éventuelles attaques d'un circuit intégré par modification de sa tension d'alimentation ou pour détecter une perturbation 30 extérieure de type décharge électrostatique. Le circuit intégré peut alors prendre les mesures protectrices nécessaires. Divers modes de réalisation ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, le nombre de bits du convertisseur dépend de 35 l'application et de la précision souhaitée dans l'évaluation de 3037148 B14104 - 14-R0-0697 8 la valeur de tension. Par ailleurs, on peut également adapter la vitesse de conversion en fonction du comportement que l'on souhaite mesurer. De plus, le choix des seuils de détection dépend également de l'application. Selon une autre variante, le circuit 5 est adapté pour mesurer des pics de tension négatifs. Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation qui ont été décrits est à la portée de l'homme du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. REVENDICATIONS1. Circuit de mesure de variations d'une tension d'alimentation (VDD) d'un circuit électronique (1), comportant un convertisseur analogique-numérique (24) d'une différence entre une valeur (Vmeas) proportionnelle à la tension d'alimentation et une valeur de référence (Vreg). 2. Circuit de mesure selon la revendication 1, dans lequel des sorties du convertisseur analogique-numérique (24) fournissent au moins un premier résultat (RESULT). 3. Circuit de mesure selon la revendication 2, dans 10 lequel le premier signal est traité par au moins un élément retardateur (26) dont une sortie fournit un deuxième résultat (DRESULT). 4. Circuit de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le niveau de référence (Vreg) 15 correspond à une valeur écrêtée de la tension d'alimentation (VDD).