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EP1168134A1 - Integration of an voltage regulator - Google Patents

Integration of an voltage regulator Download PDF

Info

Publication number
EP1168134A1
EP1168134A1 EP20010410077 EP01410077A EP1168134A1 EP 1168134 A1 EP1168134 A1 EP 1168134A1 EP 20010410077 EP20010410077 EP 20010410077 EP 01410077 A EP01410077 A EP 01410077A EP 1168134 A1 EP1168134 A1 EP 1168134A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power
voltage
integrated circuit
regulator
stage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20010410077
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Vincent Perque
Juliette Weiss
Guy Mabboux
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STMicroelectronics SA
Original Assignee
STMicroelectronics SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by STMicroelectronics SA filed Critical STMicroelectronics SA
Publication of EP1168134A1 publication Critical patent/EP1168134A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current 
    • G05F1/46—Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC
    • G05F1/462—Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC as a function of the requirements of the load, e.g. delay, temperature, specific voltage/current characteristic
    • G05F1/465—Internal voltage generators for integrated circuits, e.g. step down generators

Definitions

  • the present invention relates to the supply of integrated circuits and, more particularly, the integration of a voltage regulator with the circuit to which it is responsible for supplying a supply voltage.
  • the present invention relates more specifically to linear continuous-continuous regulators.
  • Such regulators essentially comprise a control stage and a power stage.
  • the power stage is most often made up of a MOS transistor of which one of the power terminals (drain or source) is connected to a direct supply voltage and of which the other power terminal (source or drain) delivers the regulated voltage.
  • the grid or control terminal of the power transistor is connected to the output of the control stage of the regulator.
  • This control stage essentially comprises a comparator of a voltage representative of the regulated output voltage with respect to a reference voltage.
  • This reference voltage is most often supplied by a circuit commonly called "BANDGAP".
  • BANDGAP This reference voltage is most often supplied by a circuit commonly called "BANDGAP".
  • the operating principle of a continuous-continuous series regulator is well known in the art.
  • the concept of power transistor used in the present description does not refer to a high voltage but to the fact that the power stage must convey a supply current relatively large (generally between a few tens of milliamps and about one amp).
  • An example of application of the present invention is the replacement of an integrated circuit on a printed circuit board with a minimum of modifications.
  • technological developments have led to an increasingly advanced miniaturization of integrated circuits which is accompanied by a reduction in their supply voltage.
  • a first supply voltage for example, 5 V
  • a lower supply voltage for example, 3.3 V
  • a first solution is to modify the printed circuit board.
  • such a modification is not desirable in terms of profitability of using the card.
  • a second solution to which the present invention applies consists in integrating a voltage regulator with the integrated circuit. This regulator is then responsible for converting the supply voltage present on the card into a supply voltage acceptable for the integrated circuit according to the technology used.
  • FIG. 1 shows, very schematically, the structure of a conventional integrated circuit 1 provided with a voltage regulator 2 (REG).
  • a circuit 1 is generally essentially constituted by a core 3 (core C) integrating the various functions linked to the proper application of the integrated circuit 1, input / output circuits (block 4), and the regulator 2.
  • the function of block 4 input / output is to serve as an interface between the heart of the integrated circuit and the outside. It can be, for example, an adaptation of voltage levels between the interior and the exterior, electrostatic protection devices and, more generally, electronic circuits (most often amplifiers) allowing an exchange between inside and outside the circuit.
  • the input / output block (s) 4 most often receive the supply voltage HVDD of circuit 1 taken from the printed circuit board (not shown) by a terminal 8 and a voltage VDD (most often lower due to the technology used) corresponding to the operating voltage of the core 3 of the integrated circuit.
  • the GND mass of the core of the integrated circuit and of the input / output block is common.
  • the VDD voltage is supplied by regulator 2 which receives the HVDD voltage.
  • the core 3 of the integrated circuit communicates with the input / output blocks 4 via electrical connections 5.
  • the input / output blocks 4 communicate with the outside of the circuit via connections 6 at terminals 7 of the integrated circuit. In practice, the input / output blocks 4 of the integrated circuit are made in that. a crown of the circuit is called. This crown surrounds the core 3 of the circuit containing the application proper.
  • a first drawback is that there is a series voltage drop due to the lines carrying the VDD voltage.
  • regulator 2 must supply power to the heart of the integrated circuit.
  • the supply voltage application terminals are generally multiplied to avoid this phenomenon .
  • the voltage drop linked to the lines carrying the supply voltage requires adapting the power stage of the regulator, therefore the transistor which constitutes it for each application.
  • a second drawback is that the routing of large supply lines in an integrated circuit, from a single point, is ill-suited to the production of complex integrated circuits using automatic placement and routing tools.
  • An object of the present invention is to overcome the drawbacks of known circuits incorporating a voltage regulator.
  • the invention aims more particularly to propose a new integrated circuit with internal voltage regulator which allows the use of several terminals for connection to an external supply voltage.
  • the invention also aims to ensure that the internal regulator can have several connections on the metallic level of internal distribution of the supply voltage of the integrated circuit (routing grid).
  • the invention also aims to improve the temperature uniformity in an integrated circuit with internal regulator.
  • the invention also aims to propose a solution which is versatile, that is to say which can be transposed to different integrated circuits by a simple association of identical elementary cells from a library of a small number of cells.
  • the invention further aims to propose a space-saving solution.
  • the present invention provides an integrated circuit with a DC-DC internal voltage regulator, comprising at least two power stages of the regulator whose respective connection terminals to a supply voltage are connected to separate pads of the circuit. integrated, and a single control stage.
  • the power stages are arranged in an input / output ring of an integrated circuit chip, external to a core of this chip in which is made, inter alia and at least in part, the control stage.
  • control stage comprises means for generating a reference voltage and means for comparing a voltage representative of the regulated voltage with respect to this reference voltage, integrated in the core of the chip, and a stage for measuring the regulated voltage, integrated in the crown of the chip.
  • the circuit comprises a single power stage, dedicated to the control stage and supplying the latter with its own supply voltage.
  • each power stage comprises a MOS transistor of which a first power terminal is connected to a pad of the integrated circuit, of which a second power terminal is connected to a power supply terminal of the core. the chip, the gate of the power transistor being connected to an output of the control stage.
  • a filtering means is associated with each power stage.
  • the invention also provides a method of integrating a linear regulator into an integrated circuit chip, consisting in integrating a control part into the core of the chip and at least two power stages in the input / output ring of this chip.
  • the number of power stages depends on the consumption of the core of the chip.
  • a feature of the present invention is to separate the control and power parts of the regulator linear.
  • the invention provides for dissociating the respective integrations of the control stage of the linear regulator and its power stage.
  • Another characteristic of the present invention is to provide several power stages. More specifically, in an integrated circuit in MOS technology, several separate MOS transistors are provided, each of them being connected by one of its power electrodes to a terminal for applying a voltage of power supply external to the integrated circuit and by the other of its power electrodes at the metallic level of distribution of the internal supply voltage. According to the invention, all of these MOS transistors are controlled by a single control stage.
  • the number of elements or power stages depends on the consumption provided by the circuit (essentially the size and the frequency of operation of the chip) as well as on the size of these power stages.
  • FIG. 2 represents the electrical diagram of a preferred embodiment of a voltage regulator according to the invention, intended to be integrated with the components which it must supply.
  • This regulator 10 comprises a single control stage 11 and several stages or power elements 12.
  • the power stages 12 are preferably all identical, but can of course be modified as a variant to supply different currents.
  • Each power stage 12 comprises a MOS transistor M1 of which a first power terminal (for example, the drain 13) is connected to a terminal of the integrated circuit receiving the voltage HVDD.
  • the other power terminal of each transistor M1 is individually connected to the metal level distribution of the supply voltage VDD of the core of the integrated circuit (not shown in FIG. 2).
  • the respective gates of the transistors M1 are connected together to an output terminal 14 of the control stage 11 of the regulator.
  • An important characteristic of the invention is that the connection of each power stage to the supply voltage HVDD, external to the integrated circuit, is carried out by a separate pad for each of these stages.
  • the integrated circuit therefore has as many terminals for applying the HVDD voltage taken from the card as its regulator has power stages.
  • the control stage 11 essentially comprises a comparator 15 receiving, on a first input 16, a reference voltage VREF supplied by an appropriate circuit 17 (for example, a circuit for generating a reference voltage of the BANDGAP type).
  • a second input 18 of the comparator 15 receives a voltage representative of the output voltage VDD supplied by the regulator.
  • a dedicated measurement stage 24 is used.
  • This stage essentially comprises a MOS transistor M2.
  • a first power electrode (for example, the drain 19) of the transistor M2 is connected to the voltage HVDD by a dedicated terminal of the integrated circuit.
  • the other power electrode 20 of transistor M2 is connected to ground 21 via a resistive divider bridge (R1-R2).
  • the gate of transistor M2 is connected to output 14 of comparator 15.
  • the midpoint 22 of the series association of resistors R1 and R2 is connected to terminal 18 of comparator 15.
  • a dedicated measurement stage for the measurement of the regulated voltage is preferred to an extraction of this voltage from one of the terminals of the power stages 12. In fact, this makes the voltage representative of the regulated voltage (measured by transistor M2) independent of the consumption of the regulator. Consequently, in this preferred embodiment of the invention, the number of power stages 12 is chosen as a function of the maximum consumption expected for the integrated circuit and there is therefore no risk of seeing the regulator not being able to provide the desired current.
  • the use of a dedicated M2 transistor for regulation also makes it possible to avoid having to take into account the core of the circuit (variable from one application to another) in adjusting the stability of the comparator feedback.
  • the comparator 15 and the reference circuit 17 of the control stage 11 can be supplied by the voltage VDD then taken from the metallic distribution level of the integrated circuit.
  • these constituents of the control stage receive a supply voltage VA supplied by a dedicated supply stage 23.
  • This supply stage consists, like stages 12, of a MOS transistor, here M3, of which a first power electrode is connected to the voltage HVDD and of which a second power electrode supplies the voltage VA, the gate of this transistor being connected to terminal 14.
  • the use of a dedicated transistor M3 to supply comparator 15 and circuit 17 makes the supply of the voltage reference circuit independent of the consumption of the integrated circuit.
  • each transistor M1, M2 or M3 is associated with a capacitor, respectively C12, C24 or C23 fulfilling the function of a filter element to smooth the regulation.
  • a transistor capacitor is used, rather than a common capacitor at the output of the comparator 15. This improves the versatility of the regulator of the invention. Indeed, as each filtering capacitor depends on the size of the associated power transistor, resorting to a capacitor shared by several power stages would lead to having to size this capacitor as a function of the number of these stages.
  • Another characteristic of the present invention is to provide a specific arrangement of the power stages and of the regulator control stage in the integrated circuit.
  • the power stages are distributed in the crown of the integrated circuit, that is to say in the part thereof intended for input-output. It takes advantage of the fact that the supply voltage HVDD is generally present in this region of the integrated circuit as well as the internal supply voltage VDD. Consequently, all the voltage levels necessary for the operation of the power stages 12 are present there.
  • the control stage 11, more particularly, the constituents of this control stage with the exception of the measurement stage 24 are integrated into the core of the integrated circuit. This is perfectly compatible with the fact that these various elements only use a supply voltage compatible with the technology of the integrated circuit.
  • FIG. 3 illustrates, by a schematic top view of an integrated circuit chip 30, an embodiment of this characteristic of the method of the invention.
  • the different parts integrated into the chip 30 are represented there by blocks.
  • the output 14 of the comparator of this regulator is connected to several power stages 12 distributed in the ring 36 of the chip 30, that is to say at the periphery of the core 31.
  • Each stage 12 is individually connected to a terminal 32 intended to be connected to a supply track of the HVDD voltage of the printed circuit board (not shown) on which the integrated circuit is mounted.
  • Each power stage 12 is, on the core side 31, connected to the grid for distributing the supply voltage VDD (not shown in detail).
  • a specific power element or stage 33 integrating, preferably, the measurement stage 24 and the supply stage 23 dedicated to the comparator 15 and to the circuit Reference 18.
  • This particular power stage 33 is also connected to the outside of the housing at the HVDD voltage.
  • the stage 33 includes a connection at the output 14 of the comparator, a connection at the input 18 of the comparator, a connection for supplying the voltage VA and, if necessary, an additional connection for the voltage VDD.
  • the stage 33 further comprises a power element similar to the element 12 of the other stages.
  • This arrangement of the three transistors in the same element 33 allows a good pairing of the transistors with one another, favoring an accurate measurement of the regulated voltage.
  • FIG. 4 represents the equivalent electrical diagram of a preferred embodiment of a cell integrating a power stage 12. This figure is to be compared to the representation of FIG. 2 and defines an individual element of an assistance library to the design of integrated circuits.
  • Such an element or cell consists exclusively of the transistor M1 and of a capacitor C12. This element comprises four connection terminals, respectively at the voltage HVDD, at the voltage VDD, at the ground and at the terminal 14 of the comparator of the control stage of the regulator.
  • FIG. 5 represents a preferred embodiment of a cell dedicated to the control stage of a regulator according to the invention.
  • This cell 33 includes three transistors M1, M2 and M3 individually associated with respective capacitors C12, C23 and C24.
  • the arrangements of the transistors M1, M2 and M3 define, respectively, power stages 12, measurement 24 and supply 23 as described in relation to FIG. 2. Consequently, a cell 33 as illustrated in FIG. 5 has five access terminals, respectively, to the HVDD voltage, to the VDD voltage, to the supply voltage VA of the regulator control stage, and at terminals 14 and 18 of this control stage.
  • a single cell 33 is used, as many cells 12 as necessary depending on the power required by the integrated circuit and a single control stage 11 (comparator 15 and reference 17).
  • An advantage of the present invention is that it makes it possible to produce a regulator, integrated into a circuit, which is perfectly versatile and adaptable to different types of integrated circuit.
  • Another advantage of the present invention is that it solves the problems linked to the number of terminals for connection to the supply voltage external to the circuit.
  • the implementation of the invention makes it possible to minimize the resistances of access to the supply voltages as well as the parasitic inductances linked to the connections of the box.
  • Another advantage of the present invention is that it distributes the temperature dissipation over the surface of the integrated circuit.
  • Another advantage of the invention is that it takes full advantage of the conventional distribution of an integrated circuit between an application core and an input / output ring.
  • the present invention is susceptible of various variants and modifications which will appear to those skilled in the art.
  • the respective dimensions of the various components of the regulator are within the reach of those skilled in the art depending on the application and, in particular, on the supply voltages, from the functional indications given above.
  • the invention applies more particularly to an embodiment in CMOS technology by using exclusively MOS transistors and a conventional control stage.
  • the constitution of the control stage is within the reach of the skilled person. For example, one could use a control stage of the type described in the article cited above.
  • the invention applies equally to a positive or negative voltage regulator.
  • the sign of the voltage essentially conditions the type of channel of the power transistors and the electrode (source or drain) which is connected to the outside of the circuit.

Landscapes

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Abstract

The voltage regulator is made as part of an integrated circuit (30), and operates as a DC-DC converter. The regulator is formed round the periphery of the integrated circuit, and has at least two power stages (12), with their connection to supply source and to load connected to separate pads (32) in the integrated circuit, and to a single control stage (11).

Description

La présente invention concerne l'alimentation de circuits intégrés et, plus particulièrement, l'intégration d'un régulateur de tension avec le circuit auquel il est chargé de fournir une tension d'alimentation. La présente invention concerne plus précisément les régulateurs continu-continu linéaires. De tels régulateurs comportent essentiellement un étage de commande et un étage de puissance. L'étage de puissance est, le plus souvent, constitué d'un transistor MOS dont une des bornes de puissance (drain ou source) est connectée à une tension continue d'alimentation et dont l'autre borne de puissance (source ou drain) délivre la tension régulée. La grillé ou borne de commande du transistor de puissance est reliée à la sortie de l'étage de commande du régulateur. Cet étage de commande comprend essentiellement un comparateur d'une tension représentative de la tension de sortie régulée par rapport à une tension de référence. Cette tension de référence est le plus souvent fournie par un circuit communément appelé "BANDGAP". Le principe de fonctionnement d'un régulateur série continu-continu est parfaitement connu de la technique. La notion de transistor de puissance utilisée dans la présente description ne se réfère pas à une haute tension mais au fait que l'étage de puissance doit véhiculer un courant d'alimentation relativement important (généralement compris entre quelques dizaines de milliampères et environ un ampère).The present invention relates to the supply of integrated circuits and, more particularly, the integration of a voltage regulator with the circuit to which it is responsible for supplying a supply voltage. The present invention relates more specifically to linear continuous-continuous regulators. Such regulators essentially comprise a control stage and a power stage. The power stage is most often made up of a MOS transistor of which one of the power terminals (drain or source) is connected to a direct supply voltage and of which the other power terminal (source or drain) delivers the regulated voltage. The grid or control terminal of the power transistor is connected to the output of the control stage of the regulator. This control stage essentially comprises a comparator of a voltage representative of the regulated output voltage with respect to a reference voltage. This reference voltage is most often supplied by a circuit commonly called "BANDGAP". The operating principle of a continuous-continuous series regulator is well known in the art. The concept of power transistor used in the present description does not refer to a high voltage but to the fact that the power stage must convey a supply current relatively large (generally between a few tens of milliamps and about one amp).

Le recours à un régulateur continu/continu dans un circuit intégré est lié à la présence d'une tension d'alimentation disponible sur la carte où le circuit intégré est implanté qui est supérieure à la tension d'alimentation des composants internes au circuit.The use of a DC / DC regulator in an integrated circuit is linked to the presence of a supply voltage available on the card where the integrated circuit is located which is higher than the supply voltage of the components internal to the circuit.

Un exemple d'application de la présente invention est le remplacement d'un circuit intégré sur une carte de circuit imprimé avec un minimum de modifications. Par exemple, les évolutions technologiques ont conduit à une miniaturisation de plus en plus avancée des circuits intégrés qui s'accompagne d'une diminution de leur tension d'alimentation. Pour continuer d'utiliser une carte électronique donnée, conçue avec une technologie conduisant à une première tension d'alimentation (par exemple, 5 V) avec un circuit intégré dans une technologie plus récente n'acceptant qu'une tension d'alimentation inférieure (par exemple, 3,3 V), il est nécessaire d'abaisser la tension d'alimentation du circuit. Pour ce faire, une première solution est de modifier la carte de circuit imprimé. Toutefois, une telle modification n'est pas souhaitable en terme de rentabilité d'utilisation de la carte.An example of application of the present invention is the replacement of an integrated circuit on a printed circuit board with a minimum of modifications. For example, technological developments have led to an increasingly advanced miniaturization of integrated circuits which is accompanied by a reduction in their supply voltage. To continue using a given electronic card, designed with a technology leading to a first supply voltage (for example, 5 V) with an integrated circuit in a more recent technology accepting only a lower supply voltage ( for example, 3.3 V), it is necessary to lower the circuit supply voltage. To do this, a first solution is to modify the printed circuit board. However, such a modification is not desirable in terms of profitability of using the card.

Une deuxième solution à laquelle s'applique la présente invention, consiste à intégrer un régulateur de tension avec le circuit intégré. Ce régulateur est alors chargé de convertir la tension d'alimentation présente sur la carte en une tension d'alimentation acceptable pour le circuit intégré en fonction de la technologie utilisée.A second solution to which the present invention applies, consists in integrating a voltage regulator with the integrated circuit. This regulator is then responsible for converting the supply voltage present on the card into a supply voltage acceptable for the integrated circuit according to the technology used.

La figure 1 représente, de façon très schématique, la structure d'un circuit intégré 1 classique pourvu d'un régulateur de tension 2 (REG). Un tel circuit 1 est généralement essentiellement constitué d'un coeur 3 (core C) intégrant les différentes fonctions liées à l'application propre du circuit intégré 1, de circuits d'entrée/sortie (bloc 4), et du régulateur 2. La fonction du bloc 4 d'entrée/sortie est de servir d'interface entre le coeur du circuit intégré et l'extérieur. Il peut s'agir, par exemple, d'une adaptation de niveaux de tension entre l'intérieur et l'extérieur, de dispositifs de protection électrostatique et, plus généralement, de circuits électroniques (le plus souvent des amplificateurs) permettant un échange entre l'intérieur et l'extérieur du circuit. Le ou les blocs 4 d'entrée/sortie reçoivent le plus souvent la tension d'alimentation HVDD du circuit 1 prélevée sur la carte du circuit imprimé (non représentée) par une borne 8 et une tension VDD (le plus souvent inférieure en raison de la technologie utilisée) correspondant à la tension de fonctionnement du coeur 3 du circuit intégré. La masse GND du coeur du circuit intégré et du bloc d'entrée/sortie est commune. La tension VDD est fournie par le régulateur 2 qui reçoit la tension HVDD. Le coeur 3 du circuit intégré communique avec les blocs 4 d'entrée/sortie par l'intermédiaire de liaisons électriques 5. Les blocs 4 d'entrée/sortie communiquent avec l'extérieur du circuit par l'intermédiaire de liaisons 6 à des bornes 7 du circuit intégré. En pratique, les blocs d'entrée/sortie 4 du circuit intégré sont réalisés dans ce que. l'on appelle une couronne du circuit. Cette couronne entoure le coeur 3 du circuit contenant l'application proprement dite.Figure 1 shows, very schematically, the structure of a conventional integrated circuit 1 provided with a voltage regulator 2 (REG). Such a circuit 1 is generally essentially constituted by a core 3 (core C) integrating the various functions linked to the proper application of the integrated circuit 1, input / output circuits (block 4), and the regulator 2. The function of block 4 input / output is to serve as an interface between the heart of the integrated circuit and the outside. It can be, for example, an adaptation of voltage levels between the interior and the exterior, electrostatic protection devices and, more generally, electronic circuits (most often amplifiers) allowing an exchange between inside and outside the circuit. The input / output block (s) 4 most often receive the supply voltage HVDD of circuit 1 taken from the printed circuit board (not shown) by a terminal 8 and a voltage VDD (most often lower due to the technology used) corresponding to the operating voltage of the core 3 of the integrated circuit. The GND mass of the core of the integrated circuit and of the input / output block is common. The VDD voltage is supplied by regulator 2 which receives the HVDD voltage. The core 3 of the integrated circuit communicates with the input / output blocks 4 via electrical connections 5. The input / output blocks 4 communicate with the outside of the circuit via connections 6 at terminals 7 of the integrated circuit. In practice, the input / output blocks 4 of the integrated circuit are made in that. a crown of the circuit is called. This crown surrounds the core 3 of the circuit containing the application proper.

Un exemple classique de circuit intégré, du type décrit ci-dessus, est décrit dans l'article "Embedded 5 V-to-3.3 V Voltage Regulator for Supplying Digital IC's in 3.3 V CMOS Technology" de Gerrit W.den-Besten et Bram Nauta, paru dans la revue IEEE Journal of Solid-State Circuits, volume 33, n° 7, en Juillet 1998.A classic example of an integrated circuit, of the type described above, is described in the article "Embedded 5 V-to-3.3 V Voltage Regulator for Supplying Digital IC's in 3.3 V CMOS Technology" by Gerrit W.den-Besten and Bram Nauta, published in the IEEE Journal of Solid-State Circuits, volume 33, n ° 7, in July 1998.

Cependant, les avantages de pouvoir disposer d'un circuit intégré susceptible de fonctionner en étant monté sur une carte de circuit imprimé fournissant une alimentation supérieure ne sont pas décisifs par rapport aux inconvénients que présentent les solutions connues à régulateur intégré.However, the advantages of being able to have an integrated circuit capable of operating by being mounted on a printed circuit board supplying a higher power supply are not decisive compared to the disadvantages which the known solutions with integrated regulator present.

Un premier inconvénient est que l'on assiste à une chute de tension série en raison des lignes véhiculant la tension VDD. En effet, le régulateur 2 doit fournir l'alimentation de tout le coeur du circuit intégré. Dans des circuits intégrés ne nécessitant pas de régulateur, c'est-à-dire pouvant recevoir une tension d'alimentation directement depuis l'extérieur du circuit, on multiplie généralement les bornes d'application de la tension d'alimentation pour éviter ce phénomène. La baisse de tension liée aux lignes véhiculant la tension d'alimentation requiert d'adapter l'étage de puissance du régulateur, donc le transistor qui le constitue à chaque application.A first drawback is that there is a series voltage drop due to the lines carrying the VDD voltage. In fact, regulator 2 must supply power to the heart of the integrated circuit. In integrated circuits that do not require a regulator, that is to say that can receive a supply voltage directly from outside the circuit, the supply voltage application terminals are generally multiplied to avoid this phenomenon . The voltage drop linked to the lines carrying the supply voltage requires adapting the power stage of the regulator, therefore the transistor which constitutes it for each application.

Un deuxième inconvénient est que le routage des larges lignes d'alimentation dans un circuit intégré, à partir d'un point unique, est mal adapté à la réalisation de circuits intégrés complexes utilisant des outils automatiques de placement et routage.A second drawback is that the routing of large supply lines in an integrated circuit, from a single point, is ill-suited to the production of complex integrated circuits using automatic placement and routing tools.

Un troisième inconvénient est que le recours à un seul plot ou borne 8 de connexion à la tension d'alimentation externe HVDD entraîne une dissipation irrégulière dans le circuit intégré. En effet, plus la puissance que doit fournir le régulateur est importante, plus celui-ci dissipe. Or, cette dissipation est essentiellement due au transistor ballast de son étage de puissance et est donc localisée. Cela entraîne un gradient de température non souhaitable dans le circuit intégré. On pourrait penser multiplier le nombre de régulateurs dans le circuit intégré afin de diminuer la puissance individuelle dissipée par chacun. Une telle solution apporterait plusieurs autres inconvénients parmi lesquels :

  • une augmentation d'encombrement du régulateur, donc du circuit intégré ; et
  • un problème de distribution des tensions d'alimentation dans le circuit intégré. En effet, on utilise généralement un niveau métallique d'un circuit intégré multicouches pour réaliser une grille de distribution de l'alimentation (grille de routage). En multipliant le nombre de régulateurs, il est alors nécessaire de subdiviser cette grille. Là encore, on obtient une solution qui doit être adaptée à chaque cas, donc à chaque application.
A third drawback is that the use of a single pad or terminal 8 for connection to the external supply voltage HVDD causes irregular dissipation in the integrated circuit. In fact, the greater the power that the regulator must supply, the more it dissipates. However, this dissipation is essentially due to the ballast transistor of its power stage and is therefore localized. This results in an undesirable temperature gradient in the integrated circuit. We could think of increasing the number of regulators in the integrated circuit in order to reduce the individual power dissipated by each. Such a solution would bring several other drawbacks, among which:
  • an increase in the size of the regulator, therefore of the integrated circuit; and
  • a problem of distribution of the supply voltages in the integrated circuit. In fact, a metallic level of a multilayer integrated circuit is generally used to produce a power distribution grid (routing grid). By multiplying the number of regulators, it is then necessary to subdivide this grid. Here again, a solution is obtained which must be adapted to each case, therefore to each application.

Un autre inconvénient lié à l'existence d'un seul plot d'alimentation à l'extérieur du boîtier est que cela entraîne des inductances parasites importantes sur la ligne d'alimentation du régulateur. En effet, plus le nombre de bornes d'alimentation est important, plus on divise (en les associant en parallèle) les inductances parasites liées au raccordement entre la puce et l'extérieur du boîtier.Another drawback linked to the existence of a single supply pad outside the housing is that this results in large parasitic inductances on the supply line of the regulator. Indeed, the greater the number of supply terminals, the more we divide (by associating them in parallel) the parasitic inductances linked to the connection between the chip and the outside of the box.

Il serait souhaitable de disposer d'un régulateur continu/ continu linéaire qui soit versatile en pouvant s'adapter aisément à différentes puces de circuit intégré. En particulier, la conception actuelle des puces de circuit intégré fait appel à une bibliothèque de circuits ou composants individuels que l'on assemble pour réaliser la fonction souhaitée. A cet égard, le fait de devoir adapter le régulateur et en particulier les dimensionnements de son étage de puissance à chaque application annule les effets bénéfiques d'un circuit intégrant un régulateur de tension.It would be desirable to have a linear continuous / continuous regulator which is versatile while being able to adapt easily to different integrated circuit chips. In particular, the current design of integrated circuit chips calls upon a library of individual circuits or components which are assembled to achieve the desired function. In this regard, the fact of having to adapt the regulator and in particular the sizing of its power stage for each application cancels the beneficial effects of a circuit integrating a voltage regulator.

Un objet de la présente invention est de pallier les inconvénients des circuits connus intégrant un régulateur de tension.An object of the present invention is to overcome the drawbacks of known circuits incorporating a voltage regulator.

L'invention vise plus particulièrement à proposer un nouveau circuit intégré à régulateur de tension interne qui autorise le recours à plusieurs bornes de connexion à une tension d'alimentation externe.The invention aims more particularly to propose a new integrated circuit with internal voltage regulator which allows the use of several terminals for connection to an external supply voltage.

L'invention vise également à ce que le régulateur interne puisse présenter plusieurs connexions sur le niveau métallique de distribution interne de la tension d'alimentation du circuit intégré (grille de routage).The invention also aims to ensure that the internal regulator can have several connections on the metallic level of internal distribution of the supply voltage of the integrated circuit (routing grid).

L'invention vise également à améliorer l'uniformité de température dans un circuit intégré à régulateur interne.The invention also aims to improve the temperature uniformity in an integrated circuit with internal regulator.

L'invention vise également à proposer une solution qui soit versatile, c'est-à-dire qui soit transposable à différents circuits intégrés par une simple association de cellules élémentaires identiques à partir d'une bibliothèque d'un faible nombre de cellules.The invention also aims to propose a solution which is versatile, that is to say which can be transposed to different integrated circuits by a simple association of identical elementary cells from a library of a small number of cells.

L'invention vise en outre à proposer une solution peu encombrante.The invention further aims to propose a space-saving solution.

Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un circuit intégré à régulateur continu-continu de tension interne, comprenant au moins deux étages de puissance du régulateur dont des bornes de connexion respectives à une tension d'alimentation sont reliées à des plots distincts du circuit intégré, et un unique étage de commande.To achieve these objects, the present invention provides an integrated circuit with a DC-DC internal voltage regulator, comprising at least two power stages of the regulator whose respective connection terminals to a supply voltage are connected to separate pads of the circuit. integrated, and a single control stage.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, les étages de puissance sont disposés dans une couronne d'entrée/sortie d'une puce de circuit intégré, externe à un coeur de cette puce dans lequel est réalisé, entre autres et au moins en partie, l'étage de commande.According to an embodiment of the present invention, the power stages are arranged in an input / output ring of an integrated circuit chip, external to a core of this chip in which is made, inter alia and at least in part, the control stage.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'étage de commande comprend des moyens de génération d'une tension de référence et un moyen de comparaison d'une tension représentative de la tension régulée par rapport à cette tension de référence, intégrés dans le coeur de la puce, et un étage de mesure de la tension régulée, intégré dans la couronne de la puce.According to an embodiment of the present invention, the control stage comprises means for generating a reference voltage and means for comparing a voltage representative of the regulated voltage with respect to this reference voltage, integrated in the core of the chip, and a stage for measuring the regulated voltage, integrated in the crown of the chip.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, le circuit comporte un unique étage de puissance, dédié à l'étage de commande et fournissant à celui-ci sa tension d'alimentation propre.According to an embodiment of the present invention, the circuit comprises a single power stage, dedicated to the control stage and supplying the latter with its own supply voltage.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque étage de puissance comporte un transistor MOS dont une première borne de puissance est connectée à un plot du circuit intégré, dont une deuxième borne de puissance est connectée à une borne d'alimentation du coeur de la puce, la grille du transistor de puissance étant connectée à une sortie de l'étage de commande.According to an embodiment of the present invention, each power stage comprises a MOS transistor of which a first power terminal is connected to a pad of the integrated circuit, of which a second power terminal is connected to a power supply terminal of the core. the chip, the gate of the power transistor being connected to an output of the control stage.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, un moyen de filtrage est associé à chaque étage de puissance.According to an embodiment of the present invention, a filtering means is associated with each power stage.

L'invention prévoit également un procédé d'intégration d'un régulateur linéaire dans une puce de circuit intégré, consistant à intégrer une partie commande dans le coeur de la puce et au moins deux étages de puissance dans la couronne d'entrée/sortie de cette puce.The invention also provides a method of integrating a linear regulator into an integrated circuit chip, consisting in integrating a control part into the core of the chip and at least two power stages in the input / output ring of this chip.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, le nombre d'étages de puissance dépend de la consommation du coeur de la puce.According to an embodiment of the present invention, the number of power stages depends on the consumption of the core of the chip.

Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :

  • la figure 1 qui a été décrite précédemment représente un exemple classique de circuit intégrant un régulateur de tension ;
  • la figure 2 représente un régulateur de tension continu/continu selon un mode de réalisation de la présente invention ;
  • la figure 3 illustre, de façon très schématique, un mode de mise en oeuvre du procédé d'intégration de l'invention d'un régulateur de tension dans un circuit intégré ;
  • la figure 4 représente le schéma électrique d'un mode de réalisation préféré d'une cellule formant un étage de puissance d'un régulateur selon la présente invention ; et
  • la figure 5 représente un mode de réalisation préféré d'une cellule formant étage de puissance et de mesure d'un régulateur selon l'invention.
These objects, characteristics and advantages, as well as others of the present invention will be explained in detail in the following description of particular embodiments given without limitation in relation to the attached figures among which:
  • FIG. 1 which has been described previously represents a classic example of a circuit incorporating a voltage regulator;
  • FIG. 2 represents a DC / DC voltage regulator according to an embodiment of the present invention;
  • FIG. 3 illustrates, very schematically, an embodiment of the integration method of the invention of a voltage regulator in an integrated circuit;
  • FIG. 4 represents the electrical diagram of a preferred embodiment of a cell forming a power stage of a regulator according to the present invention; and
  • FIG. 5 represents a preferred embodiment of a cell forming a power and measurement stage of a regulator according to the invention.

Les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes références aux différentes figures. Pour des raisons de clarté, seuls les éléments du régulateur et du circuit intégré qui sont nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés aux figures et seront décrits par la suite. En particulier, les constituants internes de l'étage de commande d'un régulateur de l'invention n'ont pas été détaillés pour être parfaitement connus.The same elements have been designated by the same references in the different figures. For reasons of clarity, only the elements of the regulator and of the integrated circuit which are necessary for understanding the invention have been shown in the figures and will be described later. In particular, the internal constituents of the control stage of a regulator of the invention have not been detailed to be perfectly known.

Une caractéristique de la présente invention est de séparer les parties de commande et de puissance du régulateur linéaire. En d'autres termes, l'invention prévoit de dissocier les intégrations respectives de l'étage de commande du régulateur linéaire et de son étage de puissance.A feature of the present invention is to separate the control and power parts of the regulator linear. In other words, the invention provides for dissociating the respective integrations of the control stage of the linear regulator and its power stage.

Une autre caractéristique de la présente invention est de prévoir plusieurs étages de puissance. Plus précisément, dans un circuit intégré en technologie MOS, on prévoit plusieurs transistors MOS distincts les uns des autres, chacun d'entre eux étant connecté par l'une de ses électrodes de puissance à une borne d'application d'une tension d'alimentation externe au circuit intégré et par l'autre de ses électrodes de puissance au niveau métallique de distribution de la tension interne d'alimentation. Selon l'invention, tous ces transistors MOS sont commandés par un unique étage de commande.Another characteristic of the present invention is to provide several power stages. More specifically, in an integrated circuit in MOS technology, several separate MOS transistors are provided, each of them being connected by one of its power electrodes to a terminal for applying a voltage of power supply external to the integrated circuit and by the other of its power electrodes at the metallic level of distribution of the internal supply voltage. According to the invention, all of these MOS transistors are controlled by a single control stage.

Par rapport au recours à plusieurs régulateurs de tension complets disposés en parallèles les uns avec les autres, cela présente, entre autres, l'avantage d'équilibrer la tension d'alimentation de sortie.Compared to the use of several complete voltage regulators arranged in parallel with one another, this has, among other things, the advantage of balancing the output supply voltage.

Selon l'invention, le nombre d'éléments ou étages de puissance dépend de la consommation prévue par le circuit (essentiellement de la taille et de la fréquence de fonctionnement de la puce) ainsi que de l'encombrement de ces étages de puissance.According to the invention, the number of elements or power stages depends on the consumption provided by the circuit (essentially the size and the frequency of operation of the chip) as well as on the size of these power stages.

La figure 2 représente le schéma électrique d'un mode de réalisation préféré d'un régulateur de tension selon l'invention, destiné à être intégré avec les composants qu'il doit alimenter.FIG. 2 represents the electrical diagram of a preferred embodiment of a voltage regulator according to the invention, intended to be integrated with the components which it must supply.

Ce régulateur 10 comporte un unique étage de commande 11 et plusieurs étages ou éléments de puissance 12. Les étages de puissance 12 sont, de préférence, tous identiques, mais peuvent bien entendu en variante être dimensionnés pour fournir des courants différents. Chaque étage de puissance 12 comporte un transistor MOS M1 dont une première borne de puissance (par exemple, le drain 13) est connectée à une borne du circuit intégré recevant la tension HVDD. L'autre borne de puissance de chaque transistor M1 est individuellement reliée au niveau métallique de distribution de la tension VDD d'alimentation du coeur du circuit intégré (non représenté en figure 2). Les grilles respectives des transistors M1 sont reliées ensemble à une borne 14 de sortie de l'étage de commande 11 du régulateur. Une caractéristique importante de l'invention est que la connexion de chaque étage de puissance à la tension d'alimentation HVDD, externe au circuit intégré, s'effectue par un plot séparé pour chacun de ces étages. Le circuit intégré comporte donc autant de bornes d'application de la tension HVDD prélevée sur la carte que son régulateur comporte d'étages de puissance.This regulator 10 comprises a single control stage 11 and several stages or power elements 12. The power stages 12 are preferably all identical, but can of course be modified as a variant to supply different currents. Each power stage 12 comprises a MOS transistor M1 of which a first power terminal (for example, the drain 13) is connected to a terminal of the integrated circuit receiving the voltage HVDD. The other power terminal of each transistor M1 is individually connected to the metal level distribution of the supply voltage VDD of the core of the integrated circuit (not shown in FIG. 2). The respective gates of the transistors M1 are connected together to an output terminal 14 of the control stage 11 of the regulator. An important characteristic of the invention is that the connection of each power stage to the supply voltage HVDD, external to the integrated circuit, is carried out by a separate pad for each of these stages. The integrated circuit therefore has as many terminals for applying the HVDD voltage taken from the card as its regulator has power stages.

L'étage de commande 11 comporte essentiellement un comparateur 15 recevant, sur une première entrée 16, une tension de référence VREF fournie par un circuit approprié 17 (par exemple, un circuit de génération d'une tension de référence de type BANDGAP). Une deuxième entrée 18 du comparateur 15 reçoit une tension représentative de la tension de sortie VDD fournie par le régulateur.The control stage 11 essentially comprises a comparator 15 receiving, on a first input 16, a reference voltage VREF supplied by an appropriate circuit 17 (for example, a circuit for generating a reference voltage of the BANDGAP type). A second input 18 of the comparator 15 receives a voltage representative of the output voltage VDD supplied by the regulator.

Dans les régulateurs du type auquel s'applique la présente invention, la régulation de la tension de sortie s'effectue sans tenir compte de la consommation instantanée du circuit intégré. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, on utilise un étage de mesure 24 dédié. Cet étage comporte essentiellement un transistor MOS M2. Une première électrode de puissance (par exemple, le drain 19) du transistor M2 est connecté à la tension HVDD par une borne dédiée du circuit intégré. L'autre électrode 20 de puissance du transistor M2 est connectée à la masse 21 par l'intermédiaire d'un pont diviseur résistif (R1-R2). La grille du transistor M2 est reliée à la sortie 14 du comparateur 15. Le point milieu 22 de l'association en série des résistances R1 et R2 est relié à la borne 18 du comparateur 15.In regulators of the type to which the present invention applies, the regulation of the output voltage is carried out without taking account of the instantaneous consumption of the integrated circuit. In the preferred embodiment of the invention, a dedicated measurement stage 24 is used. This stage essentially comprises a MOS transistor M2. A first power electrode (for example, the drain 19) of the transistor M2 is connected to the voltage HVDD by a dedicated terminal of the integrated circuit. The other power electrode 20 of transistor M2 is connected to ground 21 via a resistive divider bridge (R1-R2). The gate of transistor M2 is connected to output 14 of comparator 15. The midpoint 22 of the series association of resistors R1 and R2 is connected to terminal 18 of comparator 15.

L'utilisation d'un étage de mesure dédié pour la mesure de la tension régulée est préférée à une extraction de cette tension depuis l'une des bornes des étages de puissance 12. En effet, cela rend la tension représentative de la tension régulée (mesurée par le transistor M2) indépendante de la consommation du régulateur. Par conséquent, dans ce mode de réalisation préféré de l'invention, le nombre d'étages de puissance 12 est choisi en fonction de la consommation maximale attendue pour le circuit intégré et on ne risque donc pas de voir le régulateur de ne pas être capable de fournir le courant souhaité. Le recours à un transistor M2 dédié pour la régulation permet en outre d'éviter de devoir tenir compte du coeur du circuit (variable d'une application à une autre) dans le réglage de la stabilité de la contre-réaction du comparateur.The use of a dedicated measurement stage for the measurement of the regulated voltage is preferred to an extraction of this voltage from one of the terminals of the power stages 12. In fact, this makes the voltage representative of the regulated voltage (measured by transistor M2) independent of the consumption of the regulator. Consequently, in this preferred embodiment of the invention, the number of power stages 12 is chosen as a function of the maximum consumption expected for the integrated circuit and there is therefore no risk of seeing the regulator not being able to provide the desired current. The use of a dedicated M2 transistor for regulation also makes it possible to avoid having to take into account the core of the circuit (variable from one application to another) in adjusting the stability of the comparator feedback.

Le comparateur 15 et le circuit de référence 17 de l'étage de commande 11 peuvent être alimentés par la tension VDD prélevée alors sur le niveau métallique de distribution du circuit intégré. Toutefois, dans un mode de réalisation préféré tel qu'illustré par la figure 2, ces constituants de l'étage de commande reçoivent une tension d'alimentation VA fournie par un étage d'alimentation 23 dédié. Cet étage d'alimentation est constitué, comme les étages 12, d'un transistor MOS, ici M3, dont une première électrode de puissance est connectée à la tension HVDD et dont une deuxième électrode de puissance fournit la tension VA, la grille de ce transistor étant connectée à la borne 14. Le recours à un transistor M3 dédié pour l'alimentation du comparateur 15 et du circuit 17 rend l'alimentation du circuit de référence de tension indépendante de la consommation du circuit intégré.The comparator 15 and the reference circuit 17 of the control stage 11 can be supplied by the voltage VDD then taken from the metallic distribution level of the integrated circuit. However, in a preferred embodiment as illustrated in FIG. 2, these constituents of the control stage receive a supply voltage VA supplied by a dedicated supply stage 23. This supply stage consists, like stages 12, of a MOS transistor, here M3, of which a first power electrode is connected to the voltage HVDD and of which a second power electrode supplies the voltage VA, the gate of this transistor being connected to terminal 14. The use of a dedicated transistor M3 to supply comparator 15 and circuit 17 makes the supply of the voltage reference circuit independent of the consumption of the integrated circuit.

De préférence, la grille de chaque transistor M1, M2 ou M3 est associée à un condensateur, respectivement C12, C24 ou C23 remplissant la fonction d'un élément de filtrage pour lisser la régulation. On utilise de préférence un condensateur par transistor, plutôt qu'un condensateur commun en sortie du comparateur 15. Cela améliore la versatilité du régulateur de l'invention. En effet, comme chaque condensateur de filtrage dépend de la taille du transistor de puissance associé, recourir à un condensateur partagé par plusieurs étages de puissance conduirait à devoir dimensionner ce condensateur en fonction du nombre de ces étages.Preferably, the gate of each transistor M1, M2 or M3 is associated with a capacitor, respectively C12, C24 or C23 fulfilling the function of a filter element to smooth the regulation. Preferably a transistor capacitor is used, rather than a common capacitor at the output of the comparator 15. This improves the versatility of the regulator of the invention. Indeed, as each filtering capacitor depends on the size of the associated power transistor, resorting to a capacitor shared by several power stages would lead to having to size this capacitor as a function of the number of these stages.

Une autre caractéristique de la présente invention est de prévoir une disposition spécifique des étages de puissance et de l'étage de commande du régulateur dans le circuit intégré. Ainsi, selon la présente invention, les étages de puissance sont répartis dans la couronne du circuit intégré, c'est-à-dire dans la partie de celui-ci destinée aux entrées-sorties. On tire profit du fait que la tension d'alimentation HVDD est généralement présente dans cette région du circuit intégré de même que la tension VDD d'alimentation interne. Par conséquent, tous les niveaux de tension nécessaires au fonctionnement des étages de puissance 12 y sont présents. L'étage de commande 11, plus particulièrement, les constituants de cet étage de commande à l'exception de l'étage de mesure 24 sont intégrés dans le coeur du circuit intégré. Cela est parfaitement compatible avec le fait que ces différents éléments n'utilisent qu'une tension d'alimentation compatible avec la technologie du circuit intégré.Another characteristic of the present invention is to provide a specific arrangement of the power stages and of the regulator control stage in the integrated circuit. Thus, according to the present invention, the power stages are distributed in the crown of the integrated circuit, that is to say in the part thereof intended for input-output. It takes advantage of the fact that the supply voltage HVDD is generally present in this region of the integrated circuit as well as the internal supply voltage VDD. Consequently, all the voltage levels necessary for the operation of the power stages 12 are present there. The control stage 11, more particularly, the constituents of this control stage with the exception of the measurement stage 24 are integrated into the core of the integrated circuit. This is perfectly compatible with the fact that these various elements only use a supply voltage compatible with the technology of the integrated circuit.

La figure 3 illustre, par une vue schématique de dessus d'une puce 30 de circuit intégré, un mode de mise en oeuvre de cette caractéristique du procédé de l'invention. Les différentes parties intégrées dans la puce 30 y sont représentées par des blocs. Le coeur 31 de la puce, réalisant les fonctions pour lesquelles cette puce est prévue, intègre l'étage de commande 11 du régulateur. La sortie 14 du comparateur de ce régulateur est reliée à plusieurs étages 12 de puissance répartis dans la couronne 36 de la puce 30, c'est-à-dire en périphérie du coeur 31. Chaque étage 12 est individuellement relié à une borne 32 destinée à être raccordée à une piste de fourniture de la tension HVDD de la carte de circuit imprimé (non représentée) sur laquelle est montée le circuit intégré. Chaque étage de puissance 12 est, côté coeur 31, relié à la grille de répartition de la tension d'alimentation VDD (non représentée de façon détaillée).FIG. 3 illustrates, by a schematic top view of an integrated circuit chip 30, an embodiment of this characteristic of the method of the invention. The different parts integrated into the chip 30 are represented there by blocks. The core 31 of the chip, performing the functions for which this chip is intended, integrates the control stage 11 of the regulator. The output 14 of the comparator of this regulator is connected to several power stages 12 distributed in the ring 36 of the chip 30, that is to say at the periphery of the core 31. Each stage 12 is individually connected to a terminal 32 intended to be connected to a supply track of the HVDD voltage of the printed circuit board (not shown) on which the integrated circuit is mounted. Each power stage 12 is, on the core side 31, connected to the grid for distributing the supply voltage VDD (not shown in detail).

De préférence, à proximité de l'étage de commande 11 dans le coeur 31, on prévoit un élément ou étage de puissance spécifique 33 intégrant, de préférence, l'étage de mesure 24 et l'étage d'alimentation 23 dédiés au comparateur 15 et au circuit de référence 18. Cet étage de puissance particulier 33 est également connecté à l'extérieur du boîtier à la tension HVDD. Côté coeur 31, l'étage 33 comporte une liaison à la sortie 14 du comparateur, une liaison à l'entrée 18 du comparateur, une liaison de fourniture de la tension VA et, le cas échéant, une liaison supplémentaire à la tension VDD. Dans ce dernier cas, l'étage 33 comporte en outre un élément de puissance similaire à l'élément 12 des autres étages.Preferably, near the control stage 11 in the core 31, there is provided a specific power element or stage 33 integrating, preferably, the measurement stage 24 and the supply stage 23 dedicated to the comparator 15 and to the circuit Reference 18. This particular power stage 33 is also connected to the outside of the housing at the HVDD voltage. On the core side 31, the stage 33 includes a connection at the output 14 of the comparator, a connection at the input 18 of the comparator, a connection for supplying the voltage VA and, if necessary, an additional connection for the voltage VDD. In the latter case, the stage 33 further comprises a power element similar to the element 12 of the other stages.

Cette disposition des trois transistors dans un même élément 33 permet un bon appariement des transistors entre eux, favorisant une mesure précise de la tension régulée.This arrangement of the three transistors in the same element 33 allows a good pairing of the transistors with one another, favoring an accurate measurement of the regulated voltage.

De façon classique, d'autres éléments d'entrée/sortie 35 sont répartis dans la couronne 36 en périphérie du coeur 31 de la puce 30.Conventionally, other input / output elements 35 are distributed in the ring 36 at the periphery of the core 31 of the chip 30.

La figure 4 représente le schéma électrique équivalent d'un mode de réalisation préféré d'une cellule intégrant un étage de puissance 12. Cette figure est à rapprocher de la représentation de la figure 2 et définit un élément individuel d'une bibliothèque d'assistance à la conception de circuits intégrés. Un tel élément ou cellule est constitué exclusivement du transistor M1 et d'un condensateur C12. Cet élément comprend quatre bornes de liaison, respectivement à la tension HVDD, à la tension VDD, à la masse et à la borne 14 du comparateur de l'étage de commande du régulateur.FIG. 4 represents the equivalent electrical diagram of a preferred embodiment of a cell integrating a power stage 12. This figure is to be compared to the representation of FIG. 2 and defines an individual element of an assistance library to the design of integrated circuits. Such an element or cell consists exclusively of the transistor M1 and of a capacitor C12. This element comprises four connection terminals, respectively at the voltage HVDD, at the voltage VDD, at the ground and at the terminal 14 of the comparator of the control stage of the regulator.

La figure 5 représente un mode de réalisation préféré d'une cellule dédiée à l'étage de commande d'un régulateur selon l'invention. Cette cellule 33 comprend trois transistors M1, M2 et M3 individuellement associés à des condensateurs respectifs C12, C23 et C24. Les montages des transistors M1, M2 et M3 définissent, respectivement, des étages de puissance 12, de mesure 24 et d'alimentation 23 tels que décrits en relation avec la figure 2. Par conséquent, une cellule 33 telle qu'illustrée par la figure 5 comporte cinq bornes d'accès, respectivement, à la tension HVDD, à la tension VDD, à la tension VA d'alimentation de l'étage de commande du régulateur, et aux bornes 14 et 18 de cet étage de commande.FIG. 5 represents a preferred embodiment of a cell dedicated to the control stage of a regulator according to the invention. This cell 33 includes three transistors M1, M2 and M3 individually associated with respective capacitors C12, C23 and C24. The arrangements of the transistors M1, M2 and M3 define, respectively, power stages 12, measurement 24 and supply 23 as described in relation to FIG. 2. Consequently, a cell 33 as illustrated in FIG. 5 has five access terminals, respectively, to the HVDD voltage, to the VDD voltage, to the supply voltage VA of the regulator control stage, and at terminals 14 and 18 of this control stage.

Dans un circuit intégré de l'invention, on utilise une seule cellule 33, autant de cellules 12 qu'il est nécessaire en fonction de la puissance requise par le circuit intégré et un seul étage de commande 11 (comparateur 15 et référence 17).In an integrated circuit of the invention, a single cell 33 is used, as many cells 12 as necessary depending on the power required by the integrated circuit and a single control stage 11 (comparator 15 and reference 17).

Ainsi, en utilisant trois sous-ensembles élémentaires, on peut réaliser un régulateur de tension adaptable à n'importe quelle taille ou puissance de circuit intégré. Plus la taille du circuit intégré est importante, plus celui-ci nécessite généralement un courant d'alimentation important et plus il dispose de bornes disponibles pour une connexion à la tension d'alimentation du circuit imprimé sur lequel il est monté.Thus, by using three elementary sub-assemblies, it is possible to produce a voltage regulator adaptable to any size or power of the integrated circuit. The larger the size of the integrated circuit, the more it generally requires a large supply current and the more terminals it has available for connection to the supply voltage of the printed circuit on which it is mounted.

Bien que cela n'ait pas été représenté aux figures, on peut prévoir, en fonction de la tension d'alimentation de la technologie utilisée dans le coeur du circuit, de subdiviser les condensateurs C12, C23 et C24 en associant plusieurs condensateurs en série.Although this has not been shown in the figures, provision may be made, depending on the supply voltage of the technology used in the core of the circuit, to subdivide the capacitors C12, C23 and C24 by combining several capacitors in series.

Un avantage de la présente invention est qu'elle permet de réaliser un régulateur, intégré à un circuit, qui soit parfaitement versatile et adaptable à différents types de circuit intégré.An advantage of the present invention is that it makes it possible to produce a regulator, integrated into a circuit, which is perfectly versatile and adaptable to different types of integrated circuit.

Un autre avantage de la présente invention est qu'elle résout les problèmes liés au nombre de bornes de connexion à la tension d'alimentation externe au circuit. Ainsi, la mise en oeuvre de l'invention permet de minimiser les résistances d'accès aux tensions d'alimentation ainsi que les inductances parasites liées aux connexions du boîtier.Another advantage of the present invention is that it solves the problems linked to the number of terminals for connection to the supply voltage external to the circuit. Thus, the implementation of the invention makes it possible to minimize the resistances of access to the supply voltages as well as the parasitic inductances linked to the connections of the box.

Un autre avantage de la présente invention est qu'elle répartit la dissipation de température dans la surface du circuit intégré.Another advantage of the present invention is that it distributes the temperature dissipation over the surface of the integrated circuit.

Un autre avantage de l'invention est qu'elle tire pleinement profit de la répartition classique d'un circuit intégré entre un coeur applicatif et une couronne d'entrée/sortie.Another advantage of the invention is that it takes full advantage of the conventional distribution of an integrated circuit between an application core and an input / output ring.

Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, les dimensionnements respectifs des différents composants du régulateur sont à la portée de l'homme du métier en fonction de l'application et, notamment, des tensions d'alimentation, à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. De plus, l'invention s'applique plus particulièrement à une réalisation en technologie CMOS en ayant recours exclusivement à des transistors MOS et à un étage de commande classique. En outre, la constitution de l'étage de commande est à la portée de l'homme du métier. Par exemple, on pourra utiliser un étage de commande du type de celui décrit dans l'article cité précédemment. Enfin, l'invention s'applique indifféremment à un régulateur de tension positive ou négative. Le signe de la tension conditionne essentiellement le type de canal des transistors de puissance et l'électrode (source ou drain) qui est reliée à l'extérieur du circuit.Of course, the present invention is susceptible of various variants and modifications which will appear to those skilled in the art. In particular, the respective dimensions of the various components of the regulator are within the reach of those skilled in the art depending on the application and, in particular, on the supply voltages, from the functional indications given above. In addition, the invention applies more particularly to an embodiment in CMOS technology by using exclusively MOS transistors and a conventional control stage. In addition, the constitution of the control stage is within the reach of the skilled person. For example, one could use a control stage of the type described in the article cited above. Finally, the invention applies equally to a positive or negative voltage regulator. The sign of the voltage essentially conditions the type of channel of the power transistors and the electrode (source or drain) which is connected to the outside of the circuit.

Claims (8)

Circuit intégré à régulateur continu-continu de tension interne, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux étages de puissance (12) du régulateur dont des bornes de connexion respectives à une tension d'alimentation sont reliées à des plots distincts du circuit intégré ; et un unique étage de commande (11). Integrated circuit with DC-DC internal voltage regulator, characterized in that it comprises at least two power stages (12) of the regulator whose respective connection terminals to a supply voltage are connected to separate pads of the integrated circuit; and a single control stage (11). Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que les étages de puissance (12) sont disposés dans une couronne (36) d'entrée/sortie d'une puce (30) de circuit intégré, externe à un coeur (31) de cette puce dans lequel est réalisé, entre autres et au moins en partie, l'étage de commande (11).Circuit according to Claim 1, characterized in that the power stages (12) are arranged in an input / output ring (36) of an integrated circuit chip (30), external to a core (31) of this chip in which is made, inter alia and at least in part, the control stage (11). Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étage de commande (11) comprend : des moyens (17) de génération d'une tension de référence et un moyen (15) de comparaison d'une tension représentative de la tension régulée par rapport à cette tension de référence, intégrés dans le coeur (31) de la puce (30) ; et un étage de mesure (24) de la tension régulée, intégré dans la couronne (31) de la puce. Circuit according to claim 2, characterized in that the control stage (11) comprises: means (17) for generating a reference voltage and means (15) for comparing a voltage representative of the regulated voltage with respect to this reference voltage, integrated in the core (31) of the chip (30 ); and a stage for measuring (24) the regulated voltage, integrated in the crown (31) of the chip. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un unique étage de puissance (33), dédié à l'étage de commande (11) et fournissant à celui-ci sa tension d'alimentation propre.Circuit according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that it comprises a single power stage (33), dedicated to the control stage (11) and supplying the latter with its own supply voltage . Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque étage de puissance (12) comporte un transistor MOS (M1) dont une première borne de puissance (13) est connectée à un plot (32) du circuit intégré, dont une deuxième borne de puissance est connectée à une borne d'alimentation du coeur (31) de la puce, la grille du transistor de puissance étant connectée à une sortie (14) de l'étage de commande (11).Circuit according to any one of Claims 1 to 4, characterized in that each power stage (12) comprises a MOS transistor (M1) of which a first power terminal (13) is connected to a pad (32) of the integrated circuit , a second power terminal of which is connected to a power supply terminal of the core (31) of the chip, the gate of the power transistor being connected to an output (14) of the control stage (11). Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un moyen de filtrage (C12) est associé à chaque étage de puissance (12).Circuit according to Claim 5, characterized in that a filtering means (C12) is associated with each power stage (12). Procédé d'intégration d'un régulateur linéaire dans une puce (30) de circuit intégré, caractérisé en ce qu'il consiste à intégrer une partie commande dans le coeur (31) de la puce et au moins deux étages de puissance (32) dans la couronne d'entrée/sortie de cette puce.Method for integrating a linear regulator into an integrated circuit chip (30), characterized in that it consists in integrating a control part into the core (31) of the chip and at least two power stages (32) in the input / output ring of this chip. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le nombre d'étages de puissance dépend de la consommation du coeur de la puce.Method according to claim 7, characterized in that the number of power stages depends on the consumption of the core of the chip.
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