PROCEDE ET DISPOSITIF POUR RECUPERER DES CHARGES DANS UN CIRCUIT INTEGREMETHOD AND DEVICE FOR RECOVERING LOADS IN AN INTEGRATED CIRCUIT
Domaine techniqueTechnical area
5 La présente invention concerne un procédé pour récupérer des charges dans un circuit intégré, en particulier un circuit intégré numérique, ce circuit étant électriquement alimenté par une source d'énergie constituée notamment par une pile rechargeable ou non et comportant au moins un nœud provoquant une capacité parasite qui se charge et se décharge alternativement au cours du 10 fonctionnement de ce circuit.The present invention relates to a method for recovering charges in an integrated circuit, in particular a digital integrated circuit, this circuit being electrically supplied by an energy source constituted in particular by a rechargeable or non-rechargeable battery and comprising at least one node causing a parasitic capacitance which charges and discharges alternately during the operation of this circuit.
Elle concerne également un dispositif pour récupérer des charges dans un circuit intégré, en particulier un circuit intégré numérique, ce circuit étant électriquement alimenté par une source d'énergie constituée notamment par 15 une pile rechargeable ou non et comportant au moins un nœud provoquant une capacité parasite qui se charge et se décharge alternativement au. cours du fonctionnement de ce circuit.It also relates to a device for recovering charges in an integrated circuit, in particular a digital integrated circuit, this circuit being electrically supplied by an energy source constituted in particular by a rechargeable or non-rechargeable battery and comprising at least one node causing a capacity parasite which loads and discharges alternately at. during the operation of this circuit.
Technique antérieurePrior art
20 Les géométries des circuits intégrés deviennent de plus en plus fines et la densité d'intégration de plus en plus importante. Les besoins en consommation des circuits grandissent et les tensions d'alimentation ont tendance à se réduire. Pour une technologie de 0,18μm, par exemple, la tension d'alimentation est de 1 ,8 volts. Une partie importante de la consommation dans un circuit estThe geometries of the integrated circuits become more and more fine and the density of integration more and more important. The consumption requirements of the circuits are increasing and the supply voltages tend to decrease. For 0.18μm technology, for example, the supply voltage is 1.8 volts. A significant part of the consumption in a circuit is
25 provoquée par la charge et la décharge des capacités parasites des nœuds du circuit. Avec l'évolution des circuits, ces capacités parasites augmentent en nombre, ce qui augmente la consommation de courant utilisé pour charger et déchàrger-ces capacités parasites^et-diminue en conséquence la durée de vie des piles ou des batteries d'alimentation du circuit.25 caused by the charging and discharging of the stray capacitances of the nodes of the circuit. With the evolution of the circuits, these parasitic capacities increase in number, which increases the consumption of current used to charge and decarge-these parasitic capacities ^ and consequently decreases the life of the batteries or supply batteries of the circuit .
3030
L'augmentation de la durée de vie des piles et des batteries d'alimentation des circuits électroniques correspond à une préoccupation majeure de toutes les
industries utilisant ce type de circuits. C'est notamment le cas de l'industrie horlogère, de l'informatique et, d'une manière plus générale, de tous les systèmes portables, notamment les téléphones ou similaires.The increase in the lifespan of batteries and power supplies for electronic circuits is a major concern of all industries using this type of circuits. This is particularly the case for the watch industry, the computer industry and, more generally, all portable systems, in particular telephones or the like.
Exposé de l'inventionStatement of the invention
Le but de la présente invention est de réduire les inconvénients imputables à la surconsommation en énergie électrique des circuits intégrés en raison de l'existence de capacités parasites, en proposant un procédé ainsi qu'un dispositif permettant de récupérer au moins partiellement l'énergie consommée.The object of the present invention is to reduce the drawbacks attributable to the overconsumption of electrical energy of integrated circuits due to the existence of parasitic capacitances, by proposing a method as well as a device making it possible to recover at least partially the energy consumed. .
Ce but est atteint par le procédé tel que défini en préambule et caractérisé en ce que l'on récupère et l'on stocke en vue d'une utilisation ultérieure les quantités de charges générées lors des décharges de ladite capacité parasite.This object is achieved by the method as defined in the preamble and characterized in that the quantities of charges generated during discharges of said parasitic capacity are recovered and stored for later use.
Selon un mode de réalisation préféré, l'on récupère lesdites quantités de charges au moyen d'au moins une capacité de récupération et l'on transfère ces quantités de charges dans au moins une capacité de stockage lorsque la tension aux bornes de ladite capacité de récupération atteint un seuil prédéterminé.According to a preferred embodiment, said quantities of charge are recovered by means of at least one recovery capacity and these quantities of charge are transferred into at least one storage capacity when the voltage across said terminals of recovery reaches a predetermined threshold.
Selon un mode de réalisation avantageux, l'on effectue le transfert desdites quantités de charges de ladite capacité de récupération vers ladite capacité de stockage au moyen d'une série d'interrupteurs commandés par un circuit logique.According to an advantageous embodiment, the said quantities of charges are transferred from said recovery capacity to said storage capacity by means of a series of switches controlled by a logic circuit.
D'une manière particulièrement avantageuse, l'on récupère lesdites quantités de charges au moyen d'au moins deux capacités de récupération et l'on transfère alternativement ces quantités de charges dans au moins une capacité de stockage lorsque la tension aux bornes de l'une desdites capacités de récupération atteint un seuil prédéterminé.
Selon un mode de réalisation particulier, l'on alimente une partie du circuit ou le circuit complet lorsque la tension aux bornes de la capacité de stockage est suffisante, jusqu'à ce que la tension fournie par ladite capacité de stockage soit égale à la tension la plus basse qui permet encore au circuit de fonctionner.In a particularly advantageous manner, said quantities of charges are recovered by means of at least two recovery capacities and these quantities of charges are alternately transferred into at least one storage capacity when the voltage across the terminals of the one of said recovery capacities reaches a predetermined threshold. According to a particular embodiment, a part of the circuit or the complete circuit is supplied when the voltage across the storage capacity is sufficient, until the voltage supplied by said storage capacity is equal to the voltage the lowest that still allows the circuit to operate.
Ce but est également atteint par le dispositif tel que défini en préambule et caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour récupérer et pour stocker, en vue d'une utilisation ultérieure, les quantités de charges générées lors des décharges desdites capacités parasites.This object is also achieved by the device as defined in the preamble and characterized in that it includes means for retrieving and storing, for later use, the quantities of charges generated during discharges of said parasitic capacities.
Selon une forme de réalisation préférée, ledit dispositif comporte au moins une capacité de récupération pour récupérer lesdites quantités de charges et au moins une capacité de stockage dans laquelle sont transférées ces quantités de charges lorsque la tension aux bornes de ladite capacité de récupération atteint un seuil prédéterminé.According to a preferred embodiment, said device comprises at least one recovery capacity for recovering said quantities of charge and at least one storage capacity into which these quantities of charge are transferred when the voltage across said recovery capacity reaches a threshold predetermined.
Selon un mode de réalisation avantageux, ledit dispositif comporte une série d'interrupteurs pilotés par un circuit logique pour effectuer le transfert desdites quantités de charges de ladite capacité de récupération vers ladite capacité de stockage.According to an advantageous embodiment, said device comprises a series of switches controlled by a logic circuit for effecting the transfer of said quantities of charges from said recovery capacity to said storage capacity.
D'une manière particulièrement avantageuse, le dispositif comporte au moins deux capacités de récupération pour récupérer lesdites quantités de charges et des moyens pour transférer alternativement ces quantités de charges dans au moins une capacité de stockage lorsque la tension aux bornes de l'une desdites capacités de récupération atteint un seuil prédéterminé.In a particularly advantageous manner, the device comprises at least two recovery capacities for recovering said quantities of charges and means for alternately transferring these quantities of charges into at least one storage capacity when the voltage across one of said capacities recovery reaches a predetermined threshold.
Selon un mode de réalisation particulier, deux interrupteurs de la série d'interrupteurs pilotés par le circuit logique sont commandés de telle manière que, lorsque la tension aux bornes de la capacité de stockage est suffisante pour alimenter une partie du circuit, ou le circuit complet, l'un des interrupteurs
s'ouvre et l'autre interrupteur se ferme jusqu'à ce que la tension fournie par la capacité de stockage soit égale à la tension la plus basse qui permet encore au circuit de fonctionner.According to a particular embodiment, two switches of the series of switches controlled by the logic circuit are controlled so that, when the voltage across the storage capacity is sufficient to supply part of the circuit, or the complete circuit , one of the switches opens and the other switch closes until the voltage supplied by the storage capacity is equal to the lowest voltage which still allows the circuit to operate.
Description sommaire des dessinsBrief description of the drawings
La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description de différents modes de réalisation de l'invention, décrits à titre d'exemples non limitatifs et en référence aux dessins annexés, dans lesquels:The present invention and its advantages will appear better in the description of different embodiments of the invention, described by way of nonlimiting examples and with reference to the appended drawings, in which:
- la figure 1 représente un circuit électronique correspondant à un inverseur classique et illustrant l'art antérieur,FIG. 1 represents an electronic circuit corresponding to a conventional inverter and illustrating the prior art,
- la figure 2 représente un circuit électronique correspondant à un inverseur et illustrant le procédé selon l'invention, etFIG. 2 represents an electronic circuit corresponding to an inverter and illustrating the method according to the invention, and
- la figure 3 représente une forme de réalisation du dispositif selon l'invention.- Figure 3 shows an embodiment of the device according to the invention.
Meilleure manière de réaliser l'inventionBest way to realize the invention
Le circuit représenté par la figure 1 illustre un inverseur 10 classique alimenté par une batterie 11 et comportant deux transistors Ti et T2] une borne d'entrée 12 et un nœud de sortie A. La batterie délivre une tension VDD à une borne D de l'inverseur 10 et une tension Vss à un autre nœud S de cet inverseur. La tension d'entrée V|N de l'inverseur 10 est mesurée entre la borne d'entrée 12 et le nœud S. La tension de sortie V0uτ de l'inverseur 10 est mesurée entre le nœud de sortie A et le nœud S. Une capacité parasite Cpa est inévitablement générée au niveau du nœud A par les transistors, les lignes de connexion et le reste du circuit. A chaque transition du nœud A de la tension Vss à la tension VDD la -batterie-1-1 doit fournir unequahtité d charges Q égale à : -The circuit represented by FIG. 1 illustrates a conventional inverter 10 supplied by a battery 11 and comprising two transistors Ti and T 2] an input terminal 12 and an output node A. The battery delivers a voltage VDD to a terminal D of the inverter 10 and a voltage Vss at another node S of this inverter. The input voltage V | N of the inverter 10 is measured between the input terminal 12 and the node S. The output voltage V 0 uτ of the inverter 10 is measured between the output node A and the node S. A parasitic capacitance C pa is inevitably generated at node A by the transistors, the connection lines and the rest of the circuit. At each transition from node A from voltage Vss to voltage VDD the -battery-1-1 must provide a quantity of charges Q equal to: -
Q = Cpa . VDD pour charger la capacité parasite Cpa à la tension VDD-
Cette quantité de charges est ensuite éliminée dans le nœud A lorsque la sortie de l'inverseur passe de la tension VDD à la tension Vss-Q = Cpa. VDD to charge the stray capacitance C pa at the voltage V D D- This quantity of charges is then eliminated in node A when the output of the inverter changes from voltage V DD to voltage Vss-
La figure 2 illustre schématiquement le procédé selon l'invention qui se propose de récupérer cette quantité de charges qui est perdue dans les circuits classiques tels que celui de la figure 1. Le circuit représenté par cette figure représente un inverseur 20 sensiblement identique à celui de la figure 1 , mais qui diffère de ce dernier en ce qu'il comporte en plus une capacité de récupération Cre qui est disposée entre un nœud B lié au transistor Ti et le nœud S.FIG. 2 schematically illustrates the method according to the invention which proposes to recover this quantity of charges which is lost in conventional circuits such as that of FIG. 1. The circuit represented by this figure represents an inverter 20 substantially identical to that of Figure 1, but which differs from the latter in that it further comprises a recovery capacity C re which is arranged between a node B linked to the transistor Ti and the node S.
La capacité parasite Cpa se charge comme précédemment lorsque le nœud A passe de la tension VSs à la tension V D En revanche, lorsque la sortie de l'inverseur 20, à savoir le nœud A, passe de la tension VDD à la tension Vss les charges de la capacité parasite sont en grande partie récupérées dans la capacité de récupération Cre (en fonction du rapport des deux capacités Cpa et Cre). Une tension fictive F_VSs est alors créée pour l'inverseur 20 à la place de la tension VSs entre le nœud B et le nœud S. Les états logiques sont de ce fait contenus entre VDD et F_VSs-The parasitic capacitance C pa is charged as before when the node A passes from the voltage V S s to the voltage VD On the other hand , when the output of the inverter 20, namely the node A, passes from the voltage V DD to the voltage Vss the loads of the parasitic capacity are largely recovered in the recovery capacity C re (according to the ratio of the two capacities C pa and C re ). A fictitious voltage F_V S s is then created for the inverter 20 in place of the voltage V S s between node B and node S. The logic states are therefore contained between V D D and F_V S s-
En fonction de la fréquence de commutation de l'inverseur, la capacité de récupération Cre se remplit de charges et la tension à ses bornes augmente. Pour que l'inverseur continue de fonctionner correctement il est nécessaire que cette tension aux bornes de la capacité de récupération ne dépasse pas une certaine valeur pour respecter une robustesse au bruit et assurer une protection appropriée contre la transmission d'états parasites au travers de l'inverseur. Lorsqu'un seuil prédéterminé est atteint, il convient de déplacer lesDepending on the switching frequency of the inverter, the recovery capacity C re fills with charges and the voltage across its terminals increases. For the inverter to continue to function correctly, it is necessary that this voltage across the terminals of the recovery capacity does not exceed a certain value in order to respect a robustness to noise and to ensure appropriate protection against the transmission of parasitic states through the inverter. When a predetermined threshold is reached, the
^charges stockées_par la capacité. de„ récupération re „vers une_capacité de stockage CVDD (non représentée sur cette figure - voir figure 3). La technique de commutation permettant de transférer les charges récupérées est avantageusement similaire à la technique des capacités utilisée dans les multiplicateurs de tension intégrés.
La figure 3 illustre une forme de réalisation du dispositif 30 selon l'invention dont la fonction consiste à récupérer les charges de la capacité parasite Cpa au moyen d'au moins une capacité de récupération Cre et à les stocker dans une capacité de stockage CVDD- Ce dispositif est délimité sur la figure par un trait interrompu. ^ charges stored_by capacity. of "recovery re " to a storage capacity C V DD (not shown in this figure - see Figure 3). The switching technique for transferring the recovered charges is advantageously similar to the capacity technique used in the integrated voltage multipliers. FIG. 3 illustrates an embodiment of the device 30 according to the invention, the function of which consists in recovering the charges of the parasitic capacity C pa by means of at least one recovery capacity C re and in storing them in a storage capacity CVDD- This device is delimited in the figure by a broken line.
Dans cette forme de réalisation le dispositif qui coopère avec un circuit électronique classique 32 comporte deux capacités de récupération, respectivement Creι et Cre2 agencées pour récupérer les charges arrivant dans le nœud B. Ces charges sont stockées alternativement dans ces deux capacités de récupération. Lorsque la tension aux bornes de la capacité de récupération Creι atteint un seuil prédéterminé, les charges sont dirigées vers la capacité de récupération Cre2- De ce fait, le système peut continuer à fonctionner pendant que la capacité de récupération Creι est vidée dans la capacité de stockage CVDD- Après la transmission des quantités de charges Q contenues dans la capacité de récupération Creι vers la capacité de stockage CVDD, les quantités de charges Q contenues dans la capacité de récupération Cre2 pourront à leur tour être transmises dans la capacité de stockage CVDD-In this embodiment the device which cooperates with a conventional electronic circuit 32 comprises two recovery capacities, respectively C re ι and C re2 arranged to recover the charges arriving in the node B. These charges are stored alternately in these two recovery capacities . When the voltage across the recovery capacity C re ι reaches a predetermined threshold, the charges are directed to the recovery capacity C re2 - As a result, the system can continue to operate while the recovery capacity C re ι is emptied into the CVDD storage capacity - After the transmission of the quantities of charges Q contained in the recovery capacity C re ι to the storage capacity CVD D , the quantities of charges Q contained in the recovery capacity C re2 may in turn be transferred to CVDD storage capacity
La commutation assurant la commande de ces fonctions s'effectue au moyen d'éléments sous la forme d'une série d'interrupteurs Si à Sι2 dont les fonctions sont définies ci-dessous.The switching ensuring the control of these functions is carried out by means of elements in the form of a series of switches Si to Sι 2 whose functions are defined below.
Les interrupteurs Si et S3 d'une part et S2 et S4 d'autre part, ont pour fonction la connexion au nœud B qui correspond au nœud S dans un circuit classique ne comportant pas le dispositif 30. Les interrupteurs Si et S2 sont actifs pour une alternance. et les interrupteurs S3 et S sont actifs pour l'autre alternance,The switches Si and S 3 on the one hand and S 2 and S 4 on the other hand, have the function of connecting to node B which corresponds to node S in a conventional circuit not comprising the device 30. The switches Si and S 2 are active for alternation. and the switches S 3 and S are active for the other half-wave,
Les interrupteurs S5 et S7 ainsi que les interrupteurs Ss et Sa permettent de connecter respectivement les capacités de récupération Cτe2 et Creι à la capacité de stockage CVDD- L'interrupteurs Sg assure la connexion directe du circuit 32 à la batterie 11 et l'interrupteur S10 assure la connexion pour
récupérer les charges et délivrer une tension VDDcaPa de substitution au circuit électronique utilisateur 32. Les interrupteurs Su et S 2 assurent la connexion pour contrôler les tensions aux bornes des capacités de récupération Creι et Cre2 au moyen d'un circuit logique 33. Ce circuit permet de piloter l'ouverture et la fermeture des interrupteurs afin que le dispositif puisse remplir son rôle de récupérateur des charges des capacités parasites et il assure le contrôle des valeurs de seuils de tensions.The switches S5 and S 7 as well as the switches Ss and Sa allow respectively to connect the recovery capacities C τe2 and C re ι to the storage capacity CVDD- The switches Sg ensure the direct connection of the circuit 32 to the battery 11 and the switch S 10 provides the connection for recover the charges and deliver a voltage V D Dca P a to replace the user electronic circuit 32. The switches Su and S 2 provide the connection for controlling the voltages across the recovery capacitors C re ι and C r e2 by means of a logic circuit 33. This circuit makes it possible to control the opening and closing of the switches so that the device can fulfill its role of recovery of the loads of the stray capacitances and it ensures the control of the values of voltage thresholds.
Finalement, lorsque la tension aux bornes de la capacité de stockage CVDD est suffisante pour alimenter soit une partie du circuit utilisateur 32 ou le circuit complet, l'interrupteur Sg est ouvert et l'interrupteur S- est fermé jusqu'à ce que la tension VDDcapa fournie par la capacité de stockage CVDD soit égale à la tension la plus basse qui permet encore au circuit 32 de fonctionner. Lorsque cette valeur inférieure est atteinte, l'alimentation du circuit 32 est à nouveau commutée sur la batterie 11 par la fermeture de l'interrupteur S9.Finally, when the voltage across the storage capacity CVDD is sufficient to supply either part of the user circuit 32 or the complete circuit, the switch Sg is open and the switch S- is closed until the voltage V D Dcapa supplied by the CVDD storage capacity is equal to the lowest voltage which still allows the circuit 32 to operate. When this lower value is reached, the supply of the circuit 32 is again switched to the battery 11 by the closing of the switch S 9 .
L'exemple décrit ci-dessus n'est pas limitatif et l'inverseur pourrait être remplacé par n'importe quel circuit numérique ainsi que certains circuits analogiques.
The example described above is not limiting and the inverter could be replaced by any digital circuit as well as certain analog circuits.